金刚石颗粒复合封装材料的研究

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集成电路的快速发展对电子封装材料的导热及热膨胀系数等性能提出了更高的要求。然而,传统电子封装材料存在一些缺点,如陶瓷基封装材料热导率较低、金属基封装材料的热膨胀系数较大、石墨基封装材料在垂直于石墨层方向的热导率很低等。众所周知,金刚石具有高热导率、低热膨胀系数的优点。在传统封装材料的基体中加入金刚石以期改善其热学性质。但金刚石与陶瓷、金属等结合性差,会存在很高的界面热阻。本文利用真空微蒸发镀技术,提高了金刚石与基体的结合性,并利用纳米金刚石提高了石墨基复合材料在垂直于石墨层方向的热导率。本文利用真空微蒸发镀覆技术,制备了镀钛金刚石和镀铬金刚石,镀层厚度分别为200nm和2μm。使用热压烧结制备了金刚石/硼玻璃复合材料和镀钛金刚石/硼玻璃复合材料,结果表明,镀钛金刚石/硼玻璃复合材料具有更高的抗折强度、致密度和热导率,并且其与半导体元件的热膨胀系数更加匹配。当镀钛金刚石体积含量为30%时,抗折强度达到92MPa,致密度为0.89,热导率达到2.89W/(m·K),热膨胀系数为6.16×10-6/K。本文使用电解法制备了石墨烯,并使用石墨烯及纳米金刚石制备了石墨基复合材料。结果表明,加入纳米金刚石后,石墨基复合材料在垂直于石墨层方向上的热导率得到提高,当纳米金刚石的体积含量为2%时,该方向上的热导率增加了30%。本文利用放电等离子烧结制备了金刚石/铜复合材料和镀铬金刚石/铜复合材料。结果表明,镀铬金刚石/铜复合材料具有更高的抗折强度、致密度和热导率。当加入镀铬金刚石的体积含量为40%时,镀铬金刚石/铜复合材料抗折强度达到189MPa,热膨胀系数为11.9×10-6/K,热导率达到287W/(m·K),并且热导率高于相同条件下烧结制备的纯铜试样。
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