本發(fā)明屬于金剛石復(fù)合材料領(lǐng)域，具體為金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面金屬化層結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱的優(yōu)點(diǎn)，可用于高功率半導(dǎo)體激光器的熱沉/襯底材料、功率放大器件、大功率微波器件、大功率雷達(dá)器件的封裝材料。在半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域，金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)(cte)與半導(dǎo)體芯片匹配，解決了半導(dǎo)體芯片封裝中熱應(yīng)力的問(wèn)題，可以直接作為半導(dǎo)體芯片的封裝材料，但是金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在封裝應(yīng)用中存在以下2個(gè)技術(shù)難題：

1.表面金屬化薄膜與裸露金剛石顆粒之間的界面結(jié)合問(wèn)題：金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的金剛石與焊料的浸潤(rùn)性很差，難以直接與半導(dǎo)體芯片或器件進(jìn)行鍵合，傳統(tǒng)的化學(xué)鍍ni電鍍au方式也不能在裸露的金剛石表面形成有效的冶金結(jié)合界面。

2.金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料難以加工，表面質(zhì)量差：金剛石顆粒具有極高的硬度，一般的機(jī)械加工方法難以保證金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面粗糙度和尺寸精度。

中國(guó)專(zhuān)利201410407949.3公開(kāi)了一種金剛石銅復(fù)合材料表面鍍金的方法，工藝流程復(fù)雜，在產(chǎn)業(yè)化推廣中存在困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面金屬化方法及結(jié)構(gòu)。

一種金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的金屬化結(jié)構(gòu)，具體為：金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料表面上依次制備有第一金屬層以及第二金屬層，其中，前述金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料表面裸露的金剛石顆粒表面與第一金屬層之間制備有碳化物層。所述第二金屬層的厚度大于前述復(fù)合材料表面裸露的金剛石顆粒的高度，使得第二金屬層完整包覆前述復(fù)合材料表面的金剛石顆粒。第二金屬層表面相對(duì)于前述復(fù)合材料包含有裸露的金剛石顆粒的表面而言，可以理解為是一個(gè)平面，在后續(xù)拋光處理后得到預(yù)期的粗糙度，用于半導(dǎo)體芯片的鍵合可得到更優(yōu)的鍵合效果。

所述碳化物層具體為cr3c7、cr23c7、cr3c2、ni3c、tic、wc中的一種或多種。

所述第一金屬層具體為ti、pt、au、ni、ni–p、ni-cr-p、w的一種或多種。

所述第二金屬層具體為cu、ti、al、cr、ni、ni-p、ni-cr-p、w中的一種或多種。

所述第一金屬層和/或第二金屬層為多種金屬的層狀結(jié)構(gòu)，或者多種金屬的合金。

所述金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的金屬基材具體為cu、al、ag、mg、ni、co、mo、fe、mn、cr、zr、b、ti、ta、nb、au、w、zn在內(nèi)的一種金屬材料或多種金屬組成的合金。

一種金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的金屬化方法，用于制備上述金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的金屬化結(jié)構(gòu)，包括以下步驟：

步驟1)在金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料表面制備第一金屬層；

步驟2）在第一金屬層上制備出第二金屬層，第二金屬層的厚度大于前述復(fù)合材料表面裸露的金剛石顆粒的高度，使得第二金屬層完整包覆前述復(fù)合材料表面的金剛石顆粒；

步驟3）第二金屬層表面進(jìn)行拋光和/或研磨處理。

其中，在步驟1）或者2）中的任意階段中，在前述復(fù)合材料的裸露的金剛石顆粒表面與第一金屬層之間制備碳化物層，此處所提到的“任意階段”，具體指碳化物層的制備步驟在第一金屬層制備前，或者在第一金屬層制備后，或者在第二金屬層制備后等，對(duì)碳化物層的制備步驟沒(méi)有嚴(yán)格的限定。

所述制備方法具體包括電鍍，化學(xué)鍍，cvd，pvd，噴涂，燒結(jié)，浸滲，堆焊，釬焊，高能束熔覆中的一種或多種。

采用本方案后，所產(chǎn)生的有益效果：

1)在裸露的金剛石與第一金屬化層之間形成碳化物層，可使二者之間形成可靠的冶金結(jié)合界面，降低表面界面層的熱阻，提高導(dǎo)熱效率。

2)第二金屬層可完整包覆復(fù)合材料中伸出的金剛石顆粒，可大幅降低復(fù)合材料表面的粗糙度。如果進(jìn)一步適當(dāng)機(jī)械加工第二金屬層，可獲得更高的尺寸精度和表面粗糙度。

3)本發(fā)明設(shè)計(jì)的表面金屬化層結(jié)構(gòu)，材料易于獲得，制備技術(shù)成熟，成本低廉。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一至實(shí)施例三。

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例四。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的金屬基體，2-金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的金剛石顆粒，3-碳化物層，4-第一金屬層，5-第二金屬層。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本文所提到的“制備”、“覆蓋”包含現(xiàn)有的全部材料加工方法，包括但不限于電鍍，化學(xué)鍍，cvd，pvd，噴涂，燒結(jié)，浸滲，堆焊，釬焊，高能束熔覆，本發(fā)明中未一一列出。

如圖1提供了一種金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的金屬化結(jié)構(gòu)，金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料由金屬基材1和金剛石顆粒2組成，復(fù)合材料表面上依次制備有第一金屬層4以及第二金屬層5，其中，前述金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料表面裸露的金剛石顆粒2表面與第一金屬層4之間制備有碳化物層3，所述第二金屬層5的厚度大于前述復(fù)合材料表面裸露的金剛石顆粒的高度，使得第二金屬層完整包覆前述復(fù)合材料表面的金剛石顆粒。以下給出幾種具體的實(shí)施例對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例一：

金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具體為金剛石鋁復(fù)合材料，其金屬基體1為鋁。金剛石鋁復(fù)合材料表面依次覆蓋有第一金屬層4和第二金屬層5，第一金屬層具體為依次覆蓋的ti、pt、au三層金屬的層狀結(jié)構(gòu)，第二金屬層5具體為al層，其中，金剛石鋁復(fù)合材料表面裸露的金剛石顆粒2上與第一金屬層4之間有碳化物層3，具體為tic層，第二金屬層al經(jīng)拋光后可得到表面粗糙度為0.22μm的金剛石鋁復(fù)合材料。

實(shí)施例二：

金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具體為金剛石銅復(fù)合材料，其金屬基體1為銅。在金剛石銅復(fù)合材料外表面依次覆蓋第一金屬層4和第二金屬層5，第一金屬層具體為ni-cr-p合金層，第二金屬層具體為cu層，其中，第一金屬層4和金剛石銅復(fù)合材料表面裸露的金剛石2之間有碳化物層3，碳化物層具體為碳化鎳和碳化鉻的混合物，拋光第二金屬層cu層后可獲得表面粗糙度為0.08μm的金剛石銅復(fù)合材料。

實(shí)施例三：

金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的金屬基體1為金屬銀，金剛石銀復(fù)合材料外表面依次覆蓋第一金屬層4和第二金屬層5，第一金屬層4具體為w層，第二金屬層為bag60和cu的雙層結(jié)構(gòu)，其中，金剛石銀復(fù)合材料表面裸露的金剛石顆粒2與第一金屬層4之間覆蓋一層wc層，拋光cu層后獲得了表面粗糙度為0.11μm的金剛石銀復(fù)合材料。

實(shí)施例四：

如圖2，金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具體為金剛石銅，金剛石銅復(fù)合材料外表面依次覆蓋第一金屬層4和第二金屬層5，第一金屬層和第二金屬層均為ni-cr-p合金層，其中，金剛石銅復(fù)合材料表面裸露的金剛石顆粒2與第一金屬層4之間有碳化物層3，碳化物層具體為多種cr-c化合物的混合物，對(duì)第二金屬層表面進(jìn)行拋光后可獲得表面粗糙度為0.15μm的金剛石銅復(fù)合材料。

為了優(yōu)化半導(dǎo)體芯片的鍵合效果，在第二金屬層5上制備一層或者多層金屬層6，用于防止后續(xù)鍍膜之前表面的氧化并且增加焊料的浸潤(rùn)性，具體為包括了ni、pt、co、mn、ti、mo、w、au、cr、y在內(nèi)的一層或多層結(jié)構(gòu)，或者包含了前述金屬一種或多種的合金。