基于金剛石所具有的高導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)、低密度等優(yōu)異物理性能,近年來正在興起以工業(yè)金剛石顆粒作為增強體的金屬基高導(dǎo)熱復(fù)合材料。人造金剛石的成本逐漸降低,使得金剛石與傳統(tǒng)的金屬散熱材料合成新型散熱材料具有了可行性。這種材料作為新型散熱材料顯示出十分重要的應(yīng)用前景。隨著微電子集成技術(shù)的飛速進展,電子部件的設(shè)計和生產(chǎn)不斷向小型化、輕量化、緊湊化、高效化的方向發(fā)展。電子部件的功率密度越來越高,導(dǎo)致運行過程中產(chǎn)生大量的熱量,這些熱量若不及時排除,將會嚴重影響電子器部件的工作穩(wěn)定性和安全可靠性。使用導(dǎo)熱性能優(yōu)異的熱管理材料作為熱沉或散熱器件可以大幅度降低器件的內(nèi)部和表面溫度,同時也可高效、經(jīng)濟地利用熱量,具有重要的實際意義
傳統(tǒng)金屬散熱材料以Ag、Cu、Al為基,雖然加工性能好、熱導(dǎo)率高,但熱膨脹系數(shù)大,若用于電子封裝,受熱后膨脹容易引發(fā)循環(huán)熱應(yīng)力致使元件損壞。將金剛石作為增強相與銀、銅、鋁復(fù)合,從而將金屬基體優(yōu)良的導(dǎo)熱性能與增強體低膨脹、低密度的特性相結(jié)合,可大幅度提升材料的熱導(dǎo)率,保證封裝器件具有優(yōu)異的熱耗散性,獲得與襯底相匹配的低熱膨脹系數(shù),大大降低銀基、銅基復(fù)合材料的密度,獲得較高的彈性模量,有利于減小變形,提高封裝器件的密封性能。另一方面,與純金剛石相比,則大大提高了材料的可加工性,降低了成本,在許多領(lǐng)域可在很大程度上替代造價昂貴、加工困難的CVD金剛石厚膜。
目前,正在研究開發(fā)的有:金剛石/鋁復(fù)合材料,金剛石/銅復(fù)合材料,金剛石/銀復(fù)合材料。鋁基復(fù)合材料密度小,對于航天航空電子儀表封裝用材料、地面通訊或便攜式移動通訊電子設(shè)備等對密度有一定要求的場合,金剛石/鋁復(fù)合材料具有很強的吸引力。銅金屬高的熱導(dǎo)率和低廉的價格,使金剛石/銅復(fù)合材料成為目前國際上研究范圍最廣、成果最為突出的高導(dǎo)熱金剛石/金屬基復(fù)合材料,例如,用超高壓法在1150℃/4.5GPa條件下制備而成的金剛石/銅復(fù)合材料,具有超高導(dǎo)熱性能,其熱導(dǎo)率達到742W/(m·K)。銀在金屬中具有最高的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱性,有相當(dāng)高的比阻,良好的塑性和加工性,可沖制成各種形狀的復(fù)雜零件,且是很好的引線框架材料。在大氣條件下銀不易氧化、不分解、長效、易保存。金剛石/銀復(fù)合材料這些優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電綜合性能,使之可用于制備對導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能有雙重高要求的器件、設(shè)備,具有無限的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
近年來,由于實際應(yīng)用對高導(dǎo)熱材料需求的緊迫性,國內(nèi)外已相繼加大對金剛石/金屬基復(fù)合材料的研發(fā)力度,并已進入商業(yè)化進程,市場前景良好。(一員)