若何利用粉末冶金法，造备出高导热的铜/金刚石复合伙料？

 

颁布日期：[2026/9/15]
 

在电子封装及航空航天等领域，金属基散热器件已经发展了数十年。随着器件功率密度的不休攀升，对电子封装资料热导率提出了更高要求。通过将拥有高热导率（2 200 W/(m?K)）、低热膨胀系数（(8.6±1)×10-7/K）的金刚石与铜、铝等金属复合，可集成热导率高、热膨胀系数可调，同时兼具高优异力学机能和加工机能的“金属+金刚石”复合伙料,从而满足分歧电子封装的刻薄要求，被视作是第四代电子封装资料。

金刚石/铜复合伙料有啥优势？

在各类金属资猜中， 铜相比铝等其他金属，其热导率较高(385～400 W/ (m?K) ) ，热膨胀系数也相对较低（17×10-6/K），只需增长更少量金刚石加强体,热膨胀系数即可与半导体相匹配,并易于获得更高热导率，不仅能够满足当今电子封装的刻薄要求，还拥有优良的耐热、耐蚀与化学不变性,可在更大水平上满足高温、侵蚀环境等极端服役前提的要求,如核电工程、酸碱及干湿冷热交替的大气环境等。

若何造备？

由于金刚石与铜之间存在高界面能，润湿性差，产生的界面热阻较大，故障复合伙料热导率的提升。因而，在现实利用时，为使资料获得*佳的综合机能，除了必要预先对金刚石表表进行金属化处置或将铜基体合金化表，其造备过程也必要综合思考金刚石与铜基体的界面结合问题以及金刚石在铜基体中的分散性问题等多方面成分。

目前造备金刚石/铜复合伙料的步骤有好多，例如粉末冶金法、化学沉积法、机械合金化法、喷射沉积法、铸造法等。其中，粉末冶金由于其造备工艺单一、造备出的复合伙料机能优异，已经成为其*常用的造备步骤之一。这种方式能够将Cu粉和金刚石颗粒通过球磨等混合均匀，再经烧结成型即可造备出微观组织均匀的复合伙料。作为粉末冶金*关键的步骤，烧结成型关系着制品的*终质量。目前利用于Cu/金刚石复合伙料造备的常用烧结工艺有：热压烧结、高温高压烧结、放电等离子法烧结。

01、热压烧结

热压烧结法，是一种扩散焊合成形的步骤，作为传统造备复合伙料的步骤，其重要工艺是：将加强体和铜粉混合均匀，装入特定状态模具内，在大气、真空或；た掌，加热的同时单轴方向施加压力，使成形和烧结同时进行。由于粉体是在有压力的情况下烧结，所以使得粉体的流动性好，资料的致密度较高，可排出粉末中的残留气体，从而使金刚石与铜之间能够形成不变而牢固的界面，提高复合伙料的粘结强度和热物理机能。

Zhang等通过对金刚石进行预金属化后，利用热压烧结法造备出了热导率高达721 W/(m?K)的铜/金刚石复合伙料。

利益：金刚石与铜粉的比例能够凭据现实需要自由调控，且作为传统的复合伙料的造备步骤工艺较成熟，造备前提单一，

弊端：该步骤依赖烧结参数的节造以及增长活性元素来优化界面结合，同时受造于设备和模具,并且是轴向单向加压,造得的资料尺寸较幼、状态较为单一。

02、超高温高压烧结

超高压高温法在机理上跟热压烧结法类似，只是施加的压力较大，通常为1-10 GPa的压力。通过较高的温度和压力，使混合粉体在短功夫内急剧烧结成型。为了实现高压力，通常选取的设备为六面顶超高压压机。在立方的高压腔中，通过六个 面同时施加压力，腔内的粉体同时受 6个面的力，能够得到致密度很高的复合伙料。

Yoshida等在1150～1200℃、4.5 GPa的高温高压前提下成功造备出热导率达到742 W/(m?K)的金刚石/铜复合伙料。其中，金刚石粒径为90～110μm、体积分数为70%。

利益：致密度高，造备耗费功夫较短，效能高，在金刚石体积分数较高的情况下，高温高压金刚石间直接衔接成键的景象可带来超高的热导率。

弊端：必要特殊的设备和较高的前提能力实现，成本昂贵，并不能齐全解决金刚石与铜结合难题的问题。

03、放电等离子烧结

放电等离子烧结（SPS）是向粉体施加高能的脉冲电流，并施加肯定压力，使颗粒之间产生放电引发等离子体，放电产生的高能粒子碰撞颗粒之间的接触面，能够使颗粒表表活化，实现超急剧致密化烧结。

淦作腾等对金刚石进行了镀铬预处置后，在烧结温度为800～1000℃,烧结压力为30 MPa,升温速度为100℃/min,保温功夫为5 min的前提下，造备出了热导率为503.9 W/(m?K)的金刚石/铜复合伙料。

利益：在SPS烧结的过程中，粉体颗粒间拥有主作为使劲，所需的烧结温度低（通常为800～950℃）、压力。50～80 MPa），功夫极短，节约了能源。

弊端：烧结过程难以正确的节造，界面成分、厚度的*节造存在肯定难度，造备的复合伙料致密度略低，并且不能造备复杂的工件。

幼结

金刚石/铜复合伙料不仅拥有很高的导热系数（往往高达600 W/(m?K)），并且拥有与电子半导体封装资料相匹配的膨胀系数。粉末冶金由于其造备工艺单一、造备出的复合伙料机能优异，已经成为其*常用的造备步骤之一。但由于仍不能齐全解决金刚石与铜之间的界面热阻问题，且造备状态复杂的工件较作难题，限度了其利用。未来对高导热铜基复合伙料的钻研，应着沉改善导热加强体和基体间的界面结合和导热机能（如金刚石的预金属化及铜基合金化），从而优化复合伙料的综合导热机能，实现经济而高效利用高导热铜基复合伙料。