金刚石铜复合材料——新一代电子封装材料

随着电子器件的功率和集成度越来越高，电子封装对散热材料的要求也在不断提升，研制新型电子封装材料成为提升电子器件功率水平的一大关键点。金刚石铜复合材料（DCC）因具有热导率高、热膨胀系数可调等优势成为当前的研究热点。

金刚石颗粒相较硅、碳化硅增强相具有高导热、高硬度、高强度、低热膨胀系数、耐磨性、强透光性等优异性能。金刚石属于非金属材料，是碳的同素异构体之一。其晶体属于面心立方结构，单个晶胞中含有8个碳原子，每个碳原子与其他四个碳原子通过共价键相连接，形成了一个极其坚硬、稳定的晶体结构。金刚石紧密的结构使其具有较低的界面能，在常温常压下具有很高的化学惰性，不易与其他元素发生化学反应，难以被大多数金属或合金润湿。因此，如何解决金刚石颗粒难以润湿的问题成为研究的焦点。

金刚石/铜复合材料界面热阻示意图

金刚石铜复合材料的导热机理与金属及陶瓷有非常大的区别，并不是完全依靠自由移动的电子或声子来完成热量传递。铜基体内部存在大量可移动的电子，其传热方式主要是通过自由电子移动、相互作用及碰撞来实现的。金刚石增强相的热传导主要是由声子完成的，因其规则的晶体结构和强共价键，刚性晶格具有较高的振动频率，可以更有效的进行声子传递。铜与金刚石之间的界面传导是影响复合材料整体热导率的关键，其性能取决于界面结合强度、界面态密度以及界面缺陷等因素。为了提升界面结合，降低界面热阻，常用金刚石表面金属化和铜基体合金化两种方式来解决金刚石铜复合材料界面问题。

碳化物镀层与铜的润湿角

铜基体合金化：

铜基体合金化是在铜基体中掺杂各种活性元素，如Ti、B、Zr。通过这一方法可以有效降低金刚石与铜的湿润角，同时金刚石/铜界面会生成碳化物层，修饰填充了界面之中的一些缝隙，提高了复合材料的导热性能。铜基体合金化后，复合材料的主要制备方法为熔渗法，制得的复合材料热导率普遍较高，最高可达930W/m·K。

不同碳化物形成元素与铜的溶解度

金刚石体积分数与粒度对复合材料热导率的影响

随着金刚石/铜复合材料制备技术的不断革新，目前制成的复合材料热导率普遍达到600W/m·K以上，有的甚至可以达到900W/m·K以上。然而，当下困扰金刚石/铜复合材料的问题是如何控制制备成本。但作为具有广泛应用前景的新一代电子封装材料，研究金刚石铜复合材料的制备与工业化对于当前电子信息技术的发展是具有重要意义的。

凯发k8国际金刚石-铜是一种各向同性的高导热高热导率（600-950 W/m·K）、低热膨胀系数（4-10 10-6/K）轻质的导热复合材料。可根据客户需求进行定制（尺寸<200*200 mm）。它的组织构成为高温高压制成的金刚石粉体和铜基体。适用于芯片封装基板，具备高导热以及与芯片匹配的热膨胀系数等特点，性能可在宽幅区域可调控，以满足芯片封装的需求。

凯发k8国际凯发k8国际拥有MPCVD、PVD、MOCVD等国际一流设备,是国内率先实现MPCVD规模化量产多晶金刚石的厂家,拥有先进的金刚石制备和加工工艺,自主研发的产品达国际领先水平。目前已有成熟产品:金刚石热沉片、金刚石晶圆、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等，其中金刚石热沉片热导率100-220W/(m·k)，晶圆级金刚石表面粗糙度Ra<1nm，目前已应用于航空航天、高功率半导体激光器、光通信、芯片散热、核聚变等领域。