高導熱金剛石/鋁復合材料的高溫高壓制備

侯 領，沈維霞，房 超，張壯飛，張躍文，王倩倩，陳良超，賈曉鵬

（鄭州大學物理學院（微電子學院）材料物理教育部重點實驗室，河南 鄭州 450001）

隨著微電子技術的飛速發展，特別是5G 技術的出現以及電子器件微型化要求其功率密度越來越高，對電子封裝材料的散熱要求越來越嚴格，其導熱性能和熱匹配直接決定著電子元器件的穩定性和可靠性[1-2]。目前電子封裝材料已經經歷第1 代合金（10～20 W/（m·K））、第2 代W（Mo）-Cu 合金（200 W/（m·K））、第3 代陶瓷/金屬SiCP/Al（120～230 W/（m·K））發展到現今的第4 代Al（Cu）/Diamond（400～900 W/（m·K））。目前，高導熱、低熱膨脹、輕量化是新一代電子封裝材料的發展趨勢。金剛石具有較高的導熱系數（1 000～2 200 W/（m·K）），同時金剛石已實現工業化生產，價格低廉，是制備金屬基導熱復合材料最理想的高效填充材料。與銅、銀、鎢等金屬基體相比，鋁具有優良的導熱系數（237 W/（m·K）），同時兼具低密度、低成本等優點[3-6]。因此，高導熱鋁/金剛石復合材料是極具發展潛力的高導熱金屬基電子封裝材料。

近年來，利用真空熱壓法(VHP)、放電等離子體燒結法（SPS）和氣壓熔滲法（GPI）等制備方式，通過長時間連續燒結、金屬基體合金化、金剛石表面金屬化等手段相繼制備出高性能金剛石/鋁復合材料，其熱導率達到140～760 W/（m·K）[7-11]。這些制備方式的共同特點是受設備升降溫速率影響，整個樣品制備周期較長，至少需要1～2 h。與上述制備方式相比，高溫高壓（HTHP）方式在制備高導熱金屬/金剛石復合材料上具有較高的效能。高溫高壓制備方式通常用來合成金剛石、立方氮化硼等超硬材料，近年來國內外開始利用高溫高壓方式制備高導熱復合材料[12-20]。……