DE102022132597A1

DE102022132597A1 - Verbundmaterial und Wärmeableitungsteil mit dem Verbundmaterial

Info

Publication number: DE102022132597A1
Application number: DE102022132597.0A
Authority: DE
Inventors: Meoung-Whan Cho; Seog-woo Lee; Young-Suk Kim
Original assignee: Goodsystem Corp
Current assignee: Goodsystem Corp
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2023-06-15
Also published as: KR20230089447A; KR102685109B1; US20230183541A1; JP7471015B2; JP2023087658A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundmaterial aus einem Metall und einem Nichtmetall und ein aus dem Verbundmaterial bestehendes Wärmeableitungsteil. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verbundmaterial mit einer Struktur, in der Diamantpartikel, die eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweisen, in einer Metallmatrix dispergiert sind, und insbesondere auf ein äußerst zuverlässiges Verbundmaterial, das in der Lage ist, ausgezeichnete Wärmeableitungseigenschaften selbst in einer Einsatzumgebung wie Militär, Luftfahrt und Weltraum oder dergleichen, auf die schwere Temperaturzyklen einwirken, beizubehalten, und auf ein Wärmeableitungsteil, welches das Verbundmaterial enthält.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundmaterial aus einem Metall und Diamant und ein aus dem Verbundmaterial bestehendes Wärmeableitungsteil. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verbundmaterial mit einer Struktur, in der Diamantpartikel, die eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweisen, in einer Metallmatrix dispergiert sind, und insbesondere auf ein Verbundmaterial für ein Wärmeableitungsteil, wobei das Verbundmaterial in der Lage ist, ausgezeichnete Wärmeableitungseigenschaften selbst in einer Einsatzumgebung wie Militär, Luftfahrt und Weltraum, auf die schwere Temperaturzyklen einwirken, beizubehalten, und auf ein mit dem Verbundmaterial hergestelltes Wärmeableitungsteil.
Beschreibung des Standes der Technik
Mit zunehmender Leistung einer elektronischen Vorrichtung nimmt die Wärmemenge, die während des Betriebs einer in der elektronischen Vorrichtung enthaltenen Halbleitervorrichtung erzeugt wird, tendenziell allmählich zu. Dementsprechend wird ein Wärmeableitungsteil in die Halbleitervorrichtung eingebaut, um die in der Halbleitervorrichtung erzeugte Wärme nach außen abzugeben. Das Wärmeableitungsteil muss eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit geringem Unterschied zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Halbleitervorrichtung aufweisen.
Um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei einer Halbleitervorrichtung beizubehalten, wird ein Wärmeableitungsteil aus einem Verbundmaterial verwendet, in dem Partikel mit guter Wärmeleitfähigkeit wie Diamant oder Siliziumkarbid (SiC) verteilt und in einer Metallmatrix wie Kupfer (Cu), Silber (Ag), Aluminium (Al) oder Magnesium (Mg) zusammengesetzt sind. Als Verbundmaterialien sind verschiedene Kombinationen wie ein Cu-Diamant-Verbundmaterial, ein Ag-Diamant-Verbundmaterial, ein Al-Diamant-Verbundmaterial, ein Mg-SiC-Verbundmaterial, ein Al-SiC-Verbundmaterial und dergleichen bekannt.
Unter den oben genannten Werkstoffen ist ein Diamant-Verbundmaterial auf Metallbasis, in dem Diamantpartikel mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit in einer Metallmatrix wie Kupfer (Cu) dispergiert sind, in der Lage, eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich dem eines Halbleiterbauelements zu erzielen, und erregt daher Aufmerksamkeit als Wärmeableitungsteil für Hochleistungsvorrichtungen.
Ein typisches Diamant-Verbundmaterial auf Metallbasis hat jedoch dahingehend ein Zuverlässigkeitsproblem, dass die Wärmeableitungseigenschaften des Verbundmaterials in einer Umgebung mit wiederholten Temperaturzyklen zwischen niedrigen und hohen Temperaturen beeinträchtigt werden. Besonders problematisch ist, dass sich die Wärmeableitungseigenschaften in einer rauen Umgebung wie Militär, Luft- und Raumfahrt innerhalb kurzer Zeit verschlechtern.
[Dokument des Standes der Technik]
[Patentdokument]
(Patentdokument 0001) Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-111883
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung sieht ein Verbundmaterial vor, das eine hohe Zuverlässigkeit bei geringer Verschlechterung der Wärmeableitungseigenschaften selbst bei einem Temperaturzyklustest nach MIL-STD-883K-C aufweist, der eine Bedingung für die Prüfung elektronischer Vorrichtungen für Militär- und Weltraumoperationen ist, und das in der Lage ist, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu implementieren, der für Hochleistungs-Halbleitervorrichtungen erforderlich ist.
Die Erfindung sieht außerdem ein Wärmeableitungsteil vor, welches das oben beschriebene Verbundmaterial verwendet.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verbundmaterial mit einer Metallmatrix und einer Struktur vorgesehen, in der Diamantpartikel innerhalb der Metallmatrix dispergiert sind, wobei die Metallmatrix aus Cu, Ag, Al, Mg oder einer Legierung davon besteht und die Diamantpartikel in einem Volumenverhältnis von 15 % bis 80 % enthalten sind, und eine Grenzflächenschicht, die eine Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid enthält, in mindestens einem Teil zwischen der Metallmatrix und den Diamantpartikeln gebildet ist, wobei ein Dendrit, der aus dem gleichen Metall wie die Metallmatrix besteht, in der Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid gebildet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verbundmaterial vorgesehen, das eine erste Schicht aus Kupfer (Cu) oder einer Kupfer-(Cu) Legierung enthält, eine zweite Schicht, die auf der ersten Schicht gebildet ist und aus einer Legierung besteht, die Kupfer (Cu) und Molybdän (Mo) enthält, eine dritte Schicht, die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus Kupfer (Cu) oder einer Kupfer- (Cu) Legierung besteht, eine vierte Schicht, die auf der dritten Schicht gebildet ist und aus einer Legierung besteht, die Kupfer (Cu) und Molybdän (Mo) enthält, und eine fünfte Schicht, die auf der vierten Schicht gebildet ist und aus Kupfer (Cu) oder einer Kupfer- (Cu) Legierung besteht.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmeableitungsteil vorgesehen, das aus dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht.
VORTEILHAFTE EFFEKTE
Ein Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung weist selbst nach einem MIL-STD-883K-C-Standardtest, der zu den Bedingungen für die Prüfung elektronischer Vorrichtungen für den Militär- und Weltraumbetrieb gehört, eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeitseigenschaften von 10 % oder weniger auf und hat damit deutlich verbesserte Eigenschaften im Vergleich zu denen eines typischen Verbundmaterials.
Darüber hinaus ist ein Plattenmaterial aus dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial in der Lage, eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit von 400 W/mK oder mehr in Dickenrichtung zu erreichen.
Des Weiteren ist das Plattenmaterial aus dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial in der Lage, eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit von 400 W/mK oder mehr in Dickenrichtung zu erzielen, die für Hochleistungs-Halbleitervorrichtungen erforderlich ist. Gleichzeitig ist das Plattenmaterial aus dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial in der Lage, einen kontrollierten Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3×10^-6 /K bis 13×10^-6/K bei 25°C bis 200°C zu erreichen.
Darüber hinaus bietet ein Wärmeableitungsteil gemäß der vorliegenden Erfindung sehr zuverlässige Wärmeableitungseigenschaften nicht nur in einer allgemeinen Gebrauchsumgebung, sondern auch in einer Umgebung, in der ein Temperaturzyklus mit einer großen Temperaturdifferenz (150°C oder mehr) wiederholt angewendet wird.
Figurenliste

1 zeigt schematisch den Querschnittsaufbau eines Plattenmaterials aus dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt schematisch den Querschnittsaufbau eines Plattenmaterials aus dem Verbundmaterial gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist das Ergebnis der XRD-Analyse des mit Titan (Ti) beschichteten Diamantpulvers, das bei der Herstellung eines Verbundmaterials gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wurde.
4 ist eine Querschnittsfotografie eines Verbundplattenmaterials, das gemäß Beispiel 1 der Erfindung hergestellt wurde.
5A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht eines Verbundmaterials gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung, und 5B ist ein EDS-Mapping-Ergebnis der Grenzflächenschicht des Verbundmaterials aus 5A.
6A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht eines Verbundmaterials gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung, und 6B ist ein EDS-Mapping-Ergebnis der Grenzflächenschicht des Verbundmaterials aus 6A.
7A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht eines Verbundmaterials gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung, und 7B ist ein EDS-Mapping-Ergebnis der Grenzflächenschicht des Verbundmaterials aus 7A.
8A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht eines Verbundmaterials gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung, und 8B ist ein EDS-Mapping-Ergebnis der Grenzflächenschicht des Verbundmaterials aus 8A.
9 ist eine Querschnittsfotografie einer Struktur, in der ein gemäß Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung hergestelltes Verbundplattenmaterial mit einem anderen Plattenmaterial gestapelt ist.
10 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht eines Verbundmaterials gemäß dem Vergleichsbeispiel 1.
11 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht eines Verbundmaterials gemäß dem Vergleichsbeispiel 2.
12 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht eines Verbundmaterials gemäß dem Vergleichsbeispiel 3.
13 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht eines Verbundmaterials gemäß dem Vergleichsbeispiel 4.
14 zeigt das Profil eines Temperaturzyklustests nach der Norm MIL-STD-883K-C.
15 zeigt die Wärmeleitfähigkeit (TC) und die Abnahme der Wärmeleitfähigkeit (%) in Abhängigkeit vom TiC-Gehalt in einer Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid, das eine Grenzfläche bildet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden die Konfigurationen und Funktionsweisen der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Wenn in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, dass ausführliche Beschreibungen von bekannten Funktionen oder Konfigurationen im Stand der Technik den Kern der vorliegenden Erfindung auf unnötige Weise verschleiern könnten, wird auf die ausführlichen Beschreibungen verzichtet. Außerdem gilt, wenn es heißt, dass ein Teil eine Komponente „enthält“, dass dieser Teil darüber hinaus weitere Komponenten enthalten kann, anstatt die anderen Komponenten auszuschließen, sofern nicht anders angegeben.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
1 zeigt schematisch den Querschnittsaufbau eines Plattenmaterials aus dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, hat das Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Metallmatrix und eine Struktur, in der Diamantpartikel innerhalb der Metallmatrix dispergiert sind, wobei die Metallmatrix aus Cu, Ag, Al, Mg oder einer Legierung davon besteht und die Diamantpartikel in einem Volumenverhältnis von 15 % bis 80 % enthalten sind, und eine Grenzflächenschicht, die eine Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid enthält, in mindestens einem Teil zwischen der Metallmatrix und den Diamantpartikeln gebildet ist, wobei ein Dendrit, der aus dem gleichen Metall wie die Metallmatrix besteht, in der Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid gebildet ist.
Die Legierung davon bezieht sich auf eine Cu-Legierung, eine Ag-Legierung, eine Al-Legierung und eine Mg-Legierung, und jede Legierung kann Cu, Ag, Al oder Mg, das ein Hauptelement ist, in einer Menge von 80 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 90 Gew.-% oder mehr, noch bevorzugter 95 Gew.-% oder mehr, enthalten und kann alle bekannten Elemente enthalten, die mit dem Hauptelement als Legierungselement legiert werden können, und kann vorzugsweise ein Legierungselement enthalten, dessen Wärmeleitfähigkeit sich nicht signifikant verschlechtert.
Der Dendrit, der aus demselben Metall wie die Metallmatrix besteht, ist eine Struktur mit einer Form, bei der eine Vielzahl von Vorsprüngen gebildet wird, während sie sich entlang der Grenzflächenschicht in der Verbundstruktur erstrecken, und eine Vielzahl von inselförmigen Metallen auf einer Querschnittsstruktur als verbunden oder getrennt erscheinen.
Der in der Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid gebildete Dendrit kann durch Beschichten der Oberfläche des zusammenzusetzenden Diamanten mit dem gleichen Metall wie die Metallmatrix bereitgestellt werden, aber es ist vorzuziehen, dass der Dendrit eine Form hat, die durch das Eindringen des die Metallmatrix bildenden Metalls in die Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid gebildet wird, da die Form die Bindungskraft mit der Metallmatrix weiter erhöhen kann.
Die Dendritenstruktur ist vorzugsweise in etwa 1 bis 70 % der Gesamtfläche der Grenzflächenschicht enthalten, in einem Querschnitt wie in 4A betrachtet. Bei einem Anteil von weniger als 1 % ist die Wirkung der oben beschriebenen Dendritenstruktur möglicherweise nicht signifikant, und bei einem Anteil von mehr als 70 % kann es schwierig sein, die Wirkung der Aufrechterhaltung der Bindungskraft an einer Verbundoberfläche zwischen Diamantpartikeln und einer Kupferbasis zu erzielen, die durch die Verbundstruktur aus Titan und einem Titancarbid gegeben ist. Ein besserer Flächenanteil der Dendritenstruktur beträgt 5 bis 50 %.
Wenn ein Temperaturzyklus angewandt wird, entlastet die Dendritenstruktur, die aus dem gleichen Metall wie die Metallmatrix besteht und innerhalb der Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titankarbid gebildet wird, die auf die Grenzflächenschicht ausgeübte Spannung, die Spannung, die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Metallmatrix und dem Diamanten verursacht wird, und erhält einen Bindungszustand zwischen der Metallmatrix und der Grenzflächenschicht aufrecht, so dass Wärmeableitungseigenschaften mit hoher Zuverlässigkeit für einen Temperaturzyklus erhalten werden können.
Wenn die Diamantpartikel in einem Volumenverhältnis von weniger als 15 % enthalten sind, ist es schwierig, die Wärmeleitfähigkeit und den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erreichen, die für Hochleistungsvorrichtungen erforderlich sind, und wenn sie in einem Volumenverhältnis von mehr als 80 % enthalten sind, ist die Wärmeleitfähigkeit besser, aber es ist nicht einfach, die Diamantpartikel zu binden, und der Wärmeausdehnungskoeffizient ist niedriger, was nicht wünschenswert ist. Im Hinblick auf die Produktivität, die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeausdehnungseigenschaften beträgt das Volumenverhältnis der Diamantpartikel vorzugsweise 15 bis 60 %, besonders bevorzugt 30 bis 50 %.
In dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Grenzflächenschicht an allen Grenzflächen zwischen der Metallmatrix und den Diamantpartikeln gebildet werden. Wenn es einen Teil gibt, in dem keine Grenzflächenschicht mit dem oben beschriebenen Dendriten gebildet wird, kann die Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit groß sein, so dass es vorzuziehen ist, die Grenzflächenschicht an allen Grenzflächen zwischen der Metallmatrix und den Diamantpartikeln auszubilden.
Bei dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann die durchschnittliche Dicke der Grenzflächenschicht 100 nm bis 10 µm betragen. Wenn die durchschnittliche Dicke der Grenzflächenschicht weniger als 100 nm beträgt, ist es schwierig, eine Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titankarbid zu erhalten, in der der in der vorliegenden Erfindung gewünschte Dendrit gebildet wird, und wenn sie mehr als 10 µm beträgt, verschlechtert sich die Wärmeleitfähigkeit. Eine bevorzugtere durchschnittliche Dicke der Grenzflächenschicht beträgt 200 nm bis 5 µm, und die am meisten bevorzugte durchschnittliche Dicke der Grenzflächenschicht beträgt 200 nm bis 2 µm .
Die durchschnittliche Dicke der Grenzflächenschicht bezieht sich auf den Durchschnittswert der Werte, die durch die Ermittlung der minimalen und maximalen Dicke für jedes zusammengesetzte Diamantpartikel ermittelt werden.
In dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann der Gehalt an Titankarbid in der Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titankarbid 10 bis 45 Gew.-% betragen. Bei einem Titankarbidgehalt von weniger als 10 Gew.-% in der gesamten Verbundstruktur kann die Wärmeleitfähigkeit herabgesetzt werden, und bei einem Anteil von mehr als 45 Gew.-% kann die Wärmeleitfähigkeit um 10 % oder mehr abnehmen, wenn ein Temperaturzyklus mit einer Temperaturdifferenz von 150 bis 300 °C angewendet wird, so dass es vorzuziehen ist, den oben genannten Bereich beizubehalten.
In dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann das Titancarbid TiC sein.
In dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Größe des Diamantpartikels vorzugsweise 200 µm oder mehr, noch bevorzugter 300 µm oder mehr und am meisten bevorzugt 400 µm oder mehr im Hinblick auf die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit.
In dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können die in der Metallmatrix dispergierten Diamantpartikel in einem Zustand dispergiert sein, in dem die Metallmatrix dazwischen liegt, ohne miteinander in Kontakt zu sein.
Dies liegt daran, dass es für die Aufrechterhaltung der Wärmeableitungseigenschaften von Vorteil ist, wenn die in der Metallmatrix dispergierten Diamantpartikel in einem Zustand, in dem die Metallmatrix dazwischen liegt, ohne Kontakt zueinander dispergiert sind, wenn ein Temperaturzyklus auf das Verbundmaterial angewendet wird. Bei einer Prüfung nach der Norm MIL-STD-883K-C kann das Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit von 10 % oder weniger, vorzugsweise 5 % oder weniger, aufweisen.
Die Norm MIL-STD-883K-C ist eine Norm zur Bewertung der Haltbarkeit einer elektronischen Vorrichtung in Bezug auf schädliche Auswirkungen natürlicher Elemente und Bedingungen, auch im Militär- und Weltraumbetrieb, und das Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine ausreichende Zuverlässigkeit auf, um für den Militär- und Weltraumbetrieb verwendet zu werden.
Das Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat eine Plattenform, wobei die Wärmeleitfähigkeit in einer Dickenrichtung der Plattenform 500 W/mK oder mehr betragen kann und der Wärmeausdehnungskoeffizient in einer Ebenenrichtung der Plattenform 3 × 10^-6/K bis 13 × 10^-6/K betragen kann.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bezieht sich die Dickenrichtung auf eine Richtung parallel zur Dicke einer Platte in einem Verbundmaterial in Form der Platte und die [Ebenenrichtung] auf eine Richtung parallel zur Ebene der Platte.
Das Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann für ein Wärmeableitungsteil einer elektronischen Vorrichtung, z. B. einer Halbleitervorrichtung, verwendet werden.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Wie in 2 dargestellt, ist das Verbundmaterial gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es eine gestapelte Struktur mit einer ersten Schicht aus Kupfer (Cu) oder einer Kupfer-(Cu) Legierung enthält, eine zweite Schicht, die auf der ersten Schicht gebildet ist und aus einer Legierung besteht, die Kupfer (Cu) und Molybdän (Mo) enthält, eine dritte Schicht, die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus dem Verbundmaterial gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel besteht, eine vierte Schicht, die auf der dritten Schicht gebildet ist und aus einer Legierung besteht, die Kupfer (Cu) und Molybdän (Mo) enthält, und eine fünfte Schicht, die auf der vierten Schicht gebildet ist und aus Kupfer (Cu) oder einer Kupfer- (Cu) Legierung besteht.
Die erste Schicht, die dritte Schicht und die fünfte Schicht können aus reinem Kupfer (Cu), das Kupfer in einer Menge von 99,9 Gew.-% oder mehr enthält, sowie aus einer Kupfer-(Cu)-Legierung, die verschiedene Legierungselemente in einer Menge von mehr als 0,1 Gew.-% enthält, bestehen, und die Kupfer-(Cu)-Legierung kann Kupfer (Cu) in einer Menge von 80 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 90 Gew.-% oder mehr und noch bevorzugter 95 Gew.-% oder mehr unter Berücksichtigung der Wärmeableitungseigenschaften enthalten.
Die zweite Schicht und die vierte Schicht bestehen aus einer Legierung, die Kupfer (Cu) und Molybdän (Mo) enthält, wobei vorzugsweise Kupfer (Cu): 5 bis 40 Gew.-% und Molybdän (Mo): 60 bis 95 Gew.-% enthalten sind. Dies liegt daran, dass es bei einem Kupfergehalt von weniger als 5 Gew.-% schwierig ist, eine gute Bindungskraft mit einer Kupferschicht aufrechtzuerhalten, und die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung abnimmt, und dass es bei einem Gehalt von mehr als 40 Gew.-% schwierig ist, den Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Ebenenrichtung niedrig zu halten.
Wenn die Dicke der ersten Schicht, der dritten Schicht und der fünften Schicht jeweils im Bereich von 10 bis 1000 µm gehalten wird, ist es vorteilhaft, den Wärmeausdehnungskoeffizient in der Ebenenrichtung einer Wärmeableitungsplatte im Bereich von 7×10^-6/K bis 12×10^-6/K zu halten, was dem eines keramischen Materials ähnlich ist, und die Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung so zu implementieren, dass sie 400 W/mK oder mehr beträgt, so dass vorzugsweise der obige Bereich eingehalten wird.
Wenn die Dicke der zweiten Schicht und der vierten Schicht jeweils weniger als 10 µm beträgt, ist es schwierig, den Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Ebenenrichtung im Bereich von 7×10^-6/K bis 12×10^-6/K zu halten, und bei mehr als 60 µm ist es schwierig, die Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung im Bereich von 400 W/mK oder mehr zu halten, so dass die Dicke vorzugsweise im Bereich von 10 µm bis 60 µm gehalten wird.
<Beispiel 1>
In Beispiel 1 wurde ein Verbundmaterial, in dem Diamantpartikel gleichmäßig dispergiert und in einer Kupfer (Cu)-Matrix zusammengesetzt sind, auf folgende Weise hergestellt.
Zunächst wurde Diamantpulver mit einer Partikelgröße von 200 µm hergestellt. Es wurden Diamantpartikel mit einer einheitlichen Größe verwendet, wobei die Größe der Partikel, aus denen das Pulver besteht, innerhalb von ±20 % (vorzugsweise innerhalb von ±10 %) des repräsentativen Wertes (Durchschnitt) lag.
Titan (Ti) wurde auf die Oberfläche der Diamantpartikel aufgetragen, und dabei reagierten an einer Grenzfläche zwischen dem Diamant und dem Titan (Ti) der den Diamant bildende Kohlenstoff (C) und ein Teil des Titans (Ti) und bildeten ein Titancarbid (TiC), wie in 3 bestätigt. Als Verfahren zur Beschichtung des Titans (Ti) kann ein physikalisches Aufdampfverfahren (PVD), ein Sputterverfahren oder ein chemisches Aufdampfverfahren (CVD) verwendet werden. Dabei wurde die Beschichtungsmenge von Ti auf etwa 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Verbundpulvers, festgelegt.
Auf der Oberfläche der mit Titan (Ti) beschichteten Diamantpartikel wurde mit Hilfe eines stromlosen Beschichtungsverfahrens eine Kupferschicht (Cu) aufgebracht. Dabei betrug die Dicke der Kupferschicht (Cu) etwa 50 µm bis 100 µm.
Danach wurden die Diamantpartikel auf eine Dicke von 1,1 bis 1,3 mal der maximalen Größe der Diamantpartikel innerhalb eines Druckbereichs, in dem die Diamantpartikel nicht zerbrachen, gepresst. Dabei wurde der Pressdruck der Presse auf 200 MPa eingestellt.
Durch die Pressformung wurde ein Formkörper erhalten, in dem die Diamantpartikel eine einzige Schicht bildeten. Der so erhaltene Formkörper wurde bei 1.000 °C unter Verwendung eines Spark-Plasma-Sinterverfahrens gesintert, um eine Platte herzustellen, die aus einem Cu-Diamant-Verbundmaterial mit einer Querschnittsstruktur besteht, wie in 4 dargestellt.
Durch ein Verfahren, bei dem die wie oben beschrieben hergestellten Bleche je nach gewünschter Dicke in einer unterschiedlichen Anzahl von 2, 3, 4 und 5 Schichten gestapelt und dann gesintert und verklebt werden, wurde ein Wärmeableitungssubstrat mit unterschiedlichen Dicken hergestellt, das aus einem Verbundmaterial besteht, in dem Diamantpartikel, die nicht miteinander in Kontakt stehen, in einem Volumenverhältnis von 15 % bis 80 % enthalten sind.
Das gemäß Beispiel 1 hergestellte Wärmeableitungssubstrat hatte ein Diamant-Volumenverhältnis von etwa 35 % und wurde mit den Abmessungen 55 mm × 55 mm × 1,1 mm (Breite×Höhe×Dicke) hergestellt.
<Beispiel 2>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Fall von Beispiel 2 betrug die Menge an Ti, die auf die Diamantpartikel aufgetragen wurde, im Gegensatz zu Beispiel 1 0,5 Gew.-%, und als Ergebnis wurde ein Wärmeableitungssubstrat mit einer Grenzflächenschicht mit dem Dendriten der vorliegenden Erfindung erhalten.
<Beispiel 3>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Fall von Beispiel 3 betrug die Menge an Ti, die auf die Diamantpartikel aufgetragen wurde, im Gegensatz zu Beispiel 1 0,6 Gew.-%, und als Ergebnis wurde ein Wärmeableitungssubstrat mit einer Grenzflächenschicht mit dem Dendriten der vorliegenden Erfindung erhalten.
<Beispiel 4>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Fall von Beispiel 4 betrug die Menge an Ti, die auf die Diamantpartikel aufgetragen wurde, im Gegensatz zu Beispiel 1 0,7 Gew.-%, und als Ergebnis wurde ein Wärmeableitungssubstrat mit einer Grenzflächenschicht mit dem Dendriten der vorliegenden Erfindung erhalten.
<Beispiel 5>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Fall von Beispiel 5 betrug die Menge an Ti, die auf die Diamantpartikel aufgetragen wurde, im Gegensatz zu Beispiel 1 0,8 Gew.-%, und als Ergebnis wurde ein Wärmeableitungssubstrat mit einer Grenzflächenschicht mit dem Dendriten der vorliegenden Erfindung erhalten.
<Beispiel 6>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Fall von Beispiel 6 betrug die Menge an Ti, die auf die Diamantpartikel aufgetragen wurde, im Gegensatz zu Beispiel 1 0,9 Gew.-%, und als Ergebnis wurde ein Wärmeableitungssubstrat mit einer Grenzflächenschicht mit dem Dendriten der vorliegenden Erfindung erhalten.
<Beispiel 7>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Fall von Beispiel 7 betrug die Menge an Ti, die auf die Diamantpartikel aufgetragen wurde, im Gegensatz zu Beispiel 1 1,0 Gew.-%, und als Ergebnis wurde ein Wärmeableitungssubstrat mit einer Grenzflächenschicht mit dem Dendriten der vorliegenden Erfindung erhalten.
<Beispiel 8>
In Beispiel 8 wurde die gemäß Beispiel 1 hergestellte Cu-Diamant-Verbundplatte plattiert, um ein Wärmeableitungssubstrat mit einer fünfschichtigen Stapelstruktur herzustellen.
Zunächst wurden ein Kupfer-(Cu)-Plattenmaterial, ein Kupfer-Molybdän-(Cu-Mo)-Plattenmaterial, ein Cu-Diamant-Verbundplattenmaterial, ein Kupfer-Molybdän-(Cu-Mo)-Plattenmaterial und ein Kupfer-(Cu)-Plattenmaterial in der obigen Reihenfolge gestapelt und dann bei 1.000 °C unter Verwendung eines Spark-Plasma-Sinterverfahrens gesintert, um ein Cu/Cu-Mo/Cu-Diamant/Cu-Mo/Cu-gestapeltes Plattenmaterial mit Abmessungen von 55 mm × 55 mm × 1.4 mm (Breite×Länge×Dicke) mit einer Querschnittsstruktur herzustellen, wie in 9 dargestellt.
Die Dicke der einzelnen Schichten, aus denen die gestapelte Platte besteht, betrug 100 µm für die Cu-Schichten, 50 µm für die Cu-Mo-Schichten und 1,1 mm für die Cu-Diamant-Schicht.
<Vergleichsbeispiel 1>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Vergleichsbeispiel 1 wurde im Gegensatz zu Beispiel 1 keine Titanschicht auf der Oberfläche des Diamantpulvers gebildet und nur die Kupferplattierung durchgeführt.
<Vergleichsbeispiel 2>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Falle des Vergleichsbeispiels 2 wurde im Gegensatz zu Beispiel 1 die Kupfer-Diamant-Verbundplatte hergestellt, indem eine Titanschicht in einer teilweise beschichteten Form mit einer relativ dünnen Dicke von etwa 100 nm auf der Oberfläche des Diamantpulvers gebildet und Ti in einer Menge von 0,1 Gew.-% verwendet wurde, aber es wurde bestätigt, dass sich an der Grenzfläche keine Dendritenform bildete.
<Vergleichsbeispiel 3>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Falle des Vergleichsbeispiels 3 wurde im Gegensatz zu Beispiel 1 die Kupfer-Diamant-Verbundplatte hergestellt, indem eine Beschichtung in einer teilweise beschichteten Form mit einer relativ dünnen Dicke von etwa 100 nm gebildet und Ti in einer Menge von 0,2 Gew.-% verwendet wurde, aber es wurde bestätigt, dass sich an der Grenzfläche keine Dendritenform bildete.
<Vergleichsbeispiel 4>
Eine Kupfer-Diamant-Verbundplatte wurde nach einem Verfahren hergestellt, das weitgehend mit dem von Beispiel 1 identisch ist. Im Falle des Vergleichsbeispiels 4 wurde im Gegensatz zu Beispiel 1 die Titanbeschichtung mit einer relativ dicken Schichtdicke von etwa 500 nm auf der Oberfläche durchgeführt, und das SPS-Sintern erfolgte bei einer Temperatur, die etwa 100 °C niedriger war als die von Beispiel 1.
Mikrostruktur
Die Mikrostrukturen der nach den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 hergestellten Verbundplatten wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht.
5A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht des Verbundmaterials gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung, und 5B ist ein EDS-Mapping-Ergebnis der Grenzflächenschicht des Verbundmaterials aus 5A, und 6A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht des Verbundmaterials gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung, und 6B ist ein EDS-Mapping-Ergebnis der Grenzflächenschicht des Verbundmaterials aus 6A, und 7A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht des Verbundmaterials gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung, und 7B ist ein EDS-Mapping-Ergebnis der Grenzflächenschicht des Verbundmaterials aus 7A, und 8A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Grenzflächenschicht des Verbundmaterials gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung, und 8B ist ein EDS-Mapping-Ergebnis der Grenzflächenschicht des Verbundmaterials aus 8A.
10 bis 13 sind rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 hergestellten Verbundmaterialplatten.
Wie in 5A und 5B bestätigt, ist in dem gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung hergestellten Verbundplattenmaterial eine Grenzflächenschicht zu erkennen, in der eine Verbundstruktur aus Titan (der mit „Ti“ gekennzeichnete Bereich in 5A) und einem Titancarbid (der mit „TiC“ gekennzeichnete Bereich in 5A) zwischen Diamantpartikeln (der mit „C“ gekennzeichnete Bereich in 5A) und einer Kupfermatrix (der mit „Cu“ gekennzeichnete Bereich in 5A) ausgebildet ist.
Darüber hinaus wird eine Kupferdendritenstruktur mit einer Vielzahl von Vorsprüngen entlang der Grenzflächenschicht innerhalb der Grenzflächenschicht des Verbundplattenmaterials gemäß Beispiel 1 durch das Eindringen von Kupfer (Cu), das die Metallmatrix bildet, in die Verbundstruktur gebildet.
Wie in 6 bis 8 bestätigt, wird auch eine Kupferdendritenstruktur (die im Querschnitt wie eine Inselstruktur aussieht) mit einer Vielzahl von Vorsprüngen entlang der Grenzflächenschicht innerhalb der Grenzflächenschicht des Verbundplattenmaterials gemäß jedem von Beispiel 2 bis 4 durch das Eindringen von Kupfer (Cu), das die Metallmatrix bildet, in die Verbundstruktur gebildet.
Im Vergleich dazu, wie 10 dargestellt, wurde im Falle des Vergleichsbeispiels 1 die Oberfläche der Diamantpartikel nicht mit Titan beschichtet, so dass zwischen der Kupfermatrix und den Diamantpartikeln keine Grenzschicht aus Titan und einem Titancarbid gebildet wurde.
Darüber hinaus hat im Fall des Vergleichsbeispiels 2, wie in 11 dargestellt, die Grenzflächenschicht eine Titanstruktur in Form einer Insel zwischen Titan (Ti) und einem Titankarbid (Ti) auf einer Querschnittsstruktur, und eine Kupferdendritenstruktur, die aus der Kupfermatrix herausragt, wird nicht innerhalb der Verbundstruktur gebildet.
Darüber hinaus wird im Fall des Vergleichsbeispiels 3, wie in 12 dargestellt, zwischen der Kupfermatrix und den Diamantpartikeln eine Grenzflächenschicht mit einer Verbundstruktur aus Titan und einem Titankarbid gebildet. Ähnlich wie bei Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung weist die Grenzflächenschicht von Vergleichsbeispiel 3 eine Titanstruktur auf, die aus relativ mehr Strukturen besteht als die Titancarbid (TiC)-Struktur, aber eine Kupferdendritenstruktur, die aus der Kupfermatrix herausragt, wird innerhalb der Verbundstruktur nicht gebildet.
Darüber hinaus wird im Fall des Vergleichsbeispiels 4, wie in 13 dargestellt, zwischen der Kupfermatrix und den Diamantpartikeln eine Grenzflächenschicht mit einer Verbundstruktur aus Titan und einem Titankarbid gebildet, doch wird innerhalb der Grenzflächenschicht keine Kupferdendritenstruktur gebildet.
Messung der Wärmeleitfähigkeit und des Wärmeausdehnungskoeffizienten
Die Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient jedes der gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 hergestellten Verbundplatten wurden gemessen.

Die Wärmeleitfähigkeit wurde mit einem Wärmeleitfähigkeitsmessgerät nach der Szintillationsmethode (Laserlichtblitzmethode) in Richtung der Dicke des Verbundplattenmaterials gemessen. Außerdem wurden, wie beim Wärmeausdehnungskoeffizienten, die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Breite und der Höhe eines quadratisch hergestellten Plattenmaterials mit einer Messvorrichtung für den Wärmeausdehnungskoeffizienten (einem Dilatometer) gemessen. Tabelle 1 zeigt die gemessene Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeausdehnungskoeffizienten (Durchschnittswerte der Breiten- und Höhenwerte des Plattenmaterials). [Tabelle 1]

Proben	Wärmeleitfähigkeit des Plattenmaterials in Richtung der Dicke (W/mK)	Wärmeausdehnungskoeffizient des Plattenmaterials in Ebenenrichtung (× 10^-6 /K) 25 to 100°C
Beispiel 1	676	10,5
Beispiel 2	669	10,4
Beispiel 3	650	10,4
Beispiel 4	631	10,6
Beispiel 5	612	10,5
Beispiel 6	604	10,4
Beispiel 7	596	10,5
Beispiel 8	591	10,6
Vergleichsbeispiel 1	712	10,4
Vergleichsbeispiel 2	710	10,7
Vergleichsbeispiel 3	690	10,3
Vergleichsbeispiel 4	683	10,2

Da das Verbundplattenmaterial gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung nur aus einem Kupfer-Diamant-Verbundplattenmaterial besteht, war die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung des Verbundplattenmaterials mit 676 W/mK hervorragend.
Darüber hinaus haben die Verbundplattenmaterialien gemäß den Beispielen 2 bis 7 auch eine gute Wärmeleitfähigkeit von 596 bis 669 W/mK, und die meisten Beispiele wiesen eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit von 600 W/mK oder mehr auf.
Das Verbundplattenmaterial gemäß Beispiel 8 bestand dagegen aus einer Cu/Cu-Mo/Cu-Diamant/Cu-Mo/Cu-Stapelstruktur und hatte daher eine niedrige Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung von 591 W/mK.
Bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 war die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung etwas besser als bei den Beispielen der vorliegenden Erfindung, und der Wärmeausdehnungskoeffizient in Ebenenrichtung war ähnlich wie bei Beispiel 1.
Temperaturzyklustest
Ein Temperaturzyklustest wurde an dem gemäß Beispiel 1, Beispiel 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 hergestellten Verbundplattenmaterial durchgeführt und wies ein Profil auf wie in 14 und Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle 2]

Temperaturbereich Anzahl der Zyklen Erwärmungszeit (Min) Abkühlungszeit (Min) Anmerkungen

-65 bis 150°C 1000 10 10 MIL-STD-883K-C

Durch den Test in Tabelle 2 oben wurde die Abnahme der Wärmeleitfähigkeit gemessen. Die Abnahme der Wärmeleitfähigkeit wurde nach [Gleichung 1] berechnet, und Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse des durchgeführten Temperaturzyklustests.

\begin{array}{l} Verschlechterungsrate der W \ddot{a} rmeleitf \ddot{a} higkeit (%) = (W \ddot{a} rmeleitf \ddot{a} higkeit vor dem \\ Erw \ddot{a} remen - W \ddot{a} rmeleitf \ddot{a} higkeit nach dem Erw \ddot{a} rmen) / (W \ddot{a} rmeltf \ddot{a} higkeit vor dem \\ Erw \ddot{a} rmen) \times 100 \end{array}

[Tabelle 3]

Proben	Wärmeleitfähigkeit vor dem Test (W/mK)	Nach -65 bis 150°C und 1000 Testzyklen
Proben	Wärmeleitfähigkeit vor dem Test (W/mK)	TC (W/mK)	ΔTC (%)
Beispiel 1	714	710	0,56
Beispiel 7	596	595	0,17
Vergleichsbeispiel 1	712	322	55
Vergleichsbeispiel 2	710	433	39
Vergleichsbeispiel 3	690	469	32
Vergleichsbeispiel 4	683	581	15

Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, hat sich die Wärmeleitfähigkeit des Verbundplattenmaterials gemäß den Beispielen 1 und 7 der vorliegenden Erfindung kaum verringert. Das heißt, dass unter den Bedingungen von MIL-STD-883K-C, die als sehr harte Zyklusbedingungen gelten, eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit erzielt wurde.
Im Vergleich dazu wiesen die Vergleichsbeispiele 1 bis 4 eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung um 15 % bis 55 % auf. Das heißt, die Zuverlässigkeit des Produkts in einer Anwendungsumgebung, in der wiederholt ein Temperaturzyklus durchgeführt wird, war deutlich geringer als die eines Produkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Titancarbid der Grenzflächenschicht und Wärmeleitfähigkeit
15 zeigt die Wärmeleitfähigkeit (TC) und die Abnahme der Wärmeleitfähigkeit (%) in Abhängigkeit vom TiC-Gehalt in einer Verbundstruktur aus Titan (Ti) und dem Titancarbid, die eine Grenzflächenschicht bilden. Darüber hinaus bezieht sich ein „TC Abfall“ auf die Ergebnisse eines Tests, der unter den Beschleunigungsbedingungen eines Temperaturbereichs von -5 °C bis 350 °C, einer Erwärmung von 10 Minuten, einer Abkühlung von 10 Minuten und einer Anzahl von 100 Zyklen durchgeführt wurde.
Wie in 15 gezeigt, kommt es, wenn der Anteil an Titankarbid (TiC) in einer Grenzflächenschicht niedrig ist und sich innerhalb der Grenzflächenschicht eine aus der Metallmatrix herausragende Dendritenstruktur bildet, zu einer geringen Abnahme der Wärmeleitfähigkeit (in der Zeichnung als „TC Abfall“ gekennzeichnete Daten), die durch einen Temperaturzyklus verursacht wird, aber das Niveau der Wärmeleitfähigkeit ist aufgrund des Mangels an Titankarbid (TiC) relativ niedrig. Wenn der Anteil von Titankarbid (TiC) in einer Grenzflächenschicht hoch ist, bildet sich innerhalb der Grenzflächenschicht keine aus der Metallmatrix herausragende Dendritenstruktur, was zu einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit führt.
Daher ist es in einer Grenzflächenschicht, die eine Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid (TiC) enthält, vorzuziehen, dass der Gehalt an Titancarbid (TiC) 1 Gew.-% bis 45 Gew.-% (der blau markierte Bereich in 15) im kombinierten Gewicht des Titans (Ti) und des Titancarbids (TiC) beträgt, und noch besser beträgt der Gehalt des Titancarbids (TiC) 10 Gew.-% bis 45 Gew.-%.

Claims

Verbundmaterial, das eine Metallmatrix und eine Struktur umfasst, in der Diamantpartikel innerhalb der Metallmatrix dispergiert sind, wobei: die Metallmatrix aus Kupfer (Cu), Silber (Ag), Aluminium (Al), Magnesium (Mg) oder einer Legierung davon besteht und die Diamantpartikel in einem Volumenverhältnis von 15 % bis 80 % enthalten sind; und zumindest in einem Abschnitt zwischen der Metallmatrix und den Diamantpartikeln eine Grenzflächenschicht mit einer Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titankarbid ausgebildet ist, wobei ein Dendrit, der aus demselben Metall wie die Metallmatrix besteht, in der Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid gebildet wird.
Verbundmaterial, das Folgendes umfasst: eine erste Schicht, die aus Kupfer (Cu) oder einer Kupfer (Cu)-Legierung besteht; eine zweite Schicht, die auf der ersten Schicht ausgebildet ist und aus einer Legierung besteht, die Kupfer (Cu) und Molybdän (Mo) enthält; eine dritte Schicht, die auf der zweiten Schicht ausgebildet ist und aus dem in Anspruch 1 beschriebenen Verbundmaterial besteht; eine vierte Schicht, die auf der dritten Schicht ausgebildet ist und aus einer Legierung besteht, die Kupfer (Cu) und Molybdän (Mo) enthält; und eine fünfte Schicht, die auf der vierten Schicht ausgebildet ist und aus Kupfer (Cu) oder einer Kupfer (Cu)-Legierung besteht.
Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei die durchschnittliche Dicke der Grenzflächenschicht 100 nm bis 10 µm beträgt.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid der Gehalt an Titankarbid 1 Gew.-% bis 45 Gew.-% beträgt.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Metallmatrix entweder Kupfer (Cu) oder eine Legierung davon ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Dendrit durch das Eindringen eines die Metallmatrix bildenden Metalls in die Verbundstruktur aus Titan (Ti) und einem Titancarbid gebildet wird.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abnahme der Wärmeleitfähigkeit 10 % oder weniger beträgt, wenn das Verbundmaterial nach der Norm MIL-STD-883K-C geprüft wird.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verbundmaterial eine Plattenform aufweist, wobei: die Wärmeleitfähigkeit in einer Dickenrichtung der Plattenform 500 W/mK oder mehr beträgt; und der Wärmeausdehnungskoeffizient in einer Ebenenrichtung der Plattenform 3 × 10^-6/K bis 13 × 10^-6/K bei 25°C bis 200°C beträgt.
Wärmeableitungsteil, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8.