CN113860903B - 一种高导热石墨-铜复合板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热石墨‑铜复合板的制备方法，属于热沉复合板技术领域。其具体步骤如下：步骤1，对高导热石墨抛光，再用丙酮对其超声清洗；步骤2，通过铬盐和NaCl/KCl盐的混合物对高导热石墨包裹并放置到氧化铝坩埚中；加热坩埚，使铬盐和NaCl/KCl盐的混合物处于熔融状态，搅拌并热处理；步骤3，将高导热石墨从熔融盐溶液取出，并用去离子水对其进行超声清洗；步骤4，将高导热石墨放置在不锈钢室内的氧化铝载体上，同时将高纯度铜放在高导热石墨板上，然后加热使铜熔化；步骤5，冷却至室温，得到高导热石墨‑铜复合板。本发明生产工艺简单，石墨和铜的结合强度高。

Description

一种高导热石墨-铜复合板的制备方法
技术领域
本发明涉及到热沉复合板技术领域，特别涉及一种高导热石墨-铜复合板的制备方法。
背景技术
随着电子产品逐渐向高功率化、高集成化方向发展。功率密度的大幅攀升，单位体积的发热量越来越大，随之而来的温度升高以及封装材料与芯片之间热应力的增大严重影响器件的性能、可靠性以及使用寿命。散热问题已经成为制约高功率器件发展与应用的瓶颈。电子产品的散热能力很大程度上取决于***的散热材料，而传统产品用导热材料(如铝、铜)受材料自身导热率和重量的限制，已无法满足我国新一代技术的发展要求，开发并应用新一代低密度、更高散热能力的热沉材料迫在眉睫。
高导热石墨是目前已知比热导最高的材料，是解决我国新一代大功率电子散热问题的首选材料。尽管高导热石墨从比重、散热性上已经具备取代现有热管理材料的条件，但目前却鲜有高导热石墨在电子产品中的实际应用。主要是受以下两个因素影响：
(1)高导热石墨属二维材料，强度低，抗弯强度不足20MPa，尤其在二维平面方向，其剥离强度极低，这为其在实际构件的应用制造了难题。
(2)高导热石墨难焊接，无法与电子器件实现组装。传统的焊料无法对高导热石墨形成良好的润湿，少数为实现高导热石墨与其它构件的连接，采用粘接的方式，但粘接界面巨大的热阻，使得高导热石墨作为热沉的传热效果明显下降。采用表面改性方法可以很好地解决铜在石墨表面润湿性差和热膨胀系数不匹配等问题，如电镀﹑化学镀﹑固相蒸镀等，然而传统的表面改性方法无法实现石墨与涂层的冶金结合，表面改性石墨与金属的结合强度难以保证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高导热石墨-铜复合板的制备方法。该方法的生产工艺简单，石墨和铜的结合强度高。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种高导热石墨-铜复合板的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，对高导热石墨板抛光，再用丙酮对其超声清洗；
步骤2，通过铬盐、NaCl和KCl的混合物对高导热石墨板包裹并放置到氧化铝坩埚中；加热坩埚，使铬盐、NaCl和KCl的混合物处于熔融状态，搅拌并热处理；
步骤3，将高导热石墨板从熔融盐溶液取出，并用去离子水对其进行超声清洗；
步骤4，将高导热石墨放置在高温炉内的氧化铝载体上，同时将高纯度铜放在高导热石墨板上，然后加热使铜熔化；
步骤5，冷却至室温，得到高导热石墨-铜复合板。
进一步的，在步骤1中，高导热石墨板的表面首先用P180﹑P600和P1200级的碳化硅纸磨平，然后用2.5μm金刚石膏抛光。
进一步的，在步骤2中，所述铬盐为铬酸酐。
进一步的，在步骤2中，所述铬盐在混合物中的质量比为10％，混合物中NaCl与KCl的摩尔比为1。
进一步的，在步骤2中，所述热处理的温度为1100～1400℃，热处理时间为1～3小时。
进一步的，在步骤4中，所述加热为在1100℃氩气流中加热1小时。
本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明提出的表面改性，由于熔融氯盐对石墨具有良好的润湿性，铬酸酐溶液很容易渗透到高导热石墨中，与石墨发生反应生成一层CrxCy冶金层，结合强度高。
2、现有技术中因为钎焊合金会导致金属扩散到铜中，从而降低铜的热性能和机械性能。而在本发明中铜与改性石墨表面上的良好润湿性允许纯铜可直接与改性石墨进行连接，避免了使用钎焊合金。
3、本发明的铜和高导热石墨之间的强界面结合是通过在石墨网络的空间限制内利用机械互锁获得的；并且该生产工艺简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
一种高导热石墨—铜复合板的制备方法，它包括以下步骤：
1)抛光清洗，将高导热石墨进行抛光，随后用丙酮超声清洗，以除去表面的杂质；
2)表面改性，将步骤1)中得到的高导热石墨固定在氧化铝坩埚中，并用铬盐和NaCl/KCl盐的混合物覆盖。将熔融盐溶液均匀搅拌，然后进行热处理；
3)清洗，热处理后将高导热石墨板取出，然后用去离子水在超声波清洗机中进行清洗；
4)铜-石墨的连接，将步骤3)中得到的高导热石墨板放置在不锈钢室内的氧化铝载体上，并将高纯度铜(99.999wt.％)以固体形式放在高导热石墨板上，加热使其熔化；
5)冷却至室温，取出高导热石墨—铜复合板。
优化的，所述步骤1)中，表面首先用P180﹑P600和P1200级的碳化硅纸磨平，然后用2.5μm金刚石膏抛光。
优化的，所述步骤2)中，铬盐优选为铬酸酐。
优化的，所述步骤2)中，铬盐在混合物中的质量比约为10％，混合物中NaCl/KCl的摩尔比＝1。
优化的，所述步骤2)中，所述的热处理温度为1100～1400℃，热处理时间为1～3小时。
优化的，所述步骤4)中，所述的加热为在1100℃氩气流中加热1小时。
参照图1，1)将高导热石墨进行抛光，随后用丙酮超声清洗，以除去表面的杂质；
所述的抛光，表面首先用P180﹑P600和P1200级的碳化硅纸磨平，然后用2.5μm金刚石膏抛光。
2)将步骤1)中得到的高导热石墨固定在氧化铝坩埚中，并用铬盐和NaCl/KCl盐的混合物覆盖。将熔融盐溶液均匀搅拌，然后进行热处理；
所述的铬盐优选为铬酸酐。
所述的铬盐在混合物中的质量比约为10％，混合物中NaCl/KCl的摩尔比＝1。
所述的热处理温度为1100～1400℃，热处理时间为1～3小时。
3)热处理后将高导热石墨板取出，然后用去离子水在超声波清洗机中进行清洗；
4)将步骤3)中得到的高导热石墨板放置在不锈钢室内的氧化铝载体上，并将高纯度铜(99.999wt.％)以固体形式放在高导热石墨板上，加热使其熔化；
所述的加热为在1100℃氩气流中加热1小时。
5)冷却至室温，取出高导热石墨—铜复合板
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高导热石墨-铜复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对高导热石墨板抛光，再用丙酮对其超声清洗；
步骤2，通过铬盐、NaCl和KCl的混合物对高导热石墨板包裹并放置到氧化铝坩埚中；加热坩埚，使铬盐、NaCl和KCl的混合物处于熔融状态，搅拌并热处理；
步骤3，将高导热石墨板从熔融盐溶液取出，并用去离子水对其进行超声清洗；
步骤4，将高导热石墨板放置在高温炉内的氧化铝载体上，同时将高纯度铜放在高导热石墨板上，然后加热使铜熔化；
步骤5，冷却至室温，得到高导热石墨-铜复合板；
在步骤2中，所述铬盐为铬酸酐。
2.根据权利要求1所述的一种高导热石墨-铜复合板的制备方法，其特征在于，在步骤1中，高导热石墨板的表面依次用P180﹑P600和P1200级的碳化硅纸打磨，最后用2.5μm金刚石膏抛光。
3.根据权利要求1所述的一种高导热石墨-铜复合板的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述铬盐在混合物中的质量比为10%，混合物中NaCl与KCl的摩尔比为1。
4.根据权利要求1所述的一种高导热石墨-铜复合板的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述热处理的温度为1100℃~1400℃，热处理时间为1~3小时。
5.根据权利要求1所述的一种高导热石墨-铜复合板的制备方法，其特征在于，在步骤4中，所述加热为在1100℃氩气流中加热1小时。
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