自20世纪80年代以来，电子元器件的集成度以每年1.5倍以上的速度持续增长。随着集成电路集成度的不断提高，芯片工作过程中产生的热量急剧增加。如果不能及时散热，将导致元器件热失效并显著缩短使用寿命。因此，开发具有优异导热性能的新型电子封装材料成为当务之急。

 

金刚石/铜复合材料


 

01 金刚石与铜的完美结合
 

传统电子封装材料主要包括三大类：陶瓷材料（如BeO、AlN）、塑料材料以及金属材料（Cu、Ag、Al等）及其合金。这些材料各有优劣：陶瓷材料热膨胀系数匹配性好但加工困难；塑料材料成本低但导热性能差；金属材料导热性好但热膨胀系数过高。这些局限性促使研究人员寻求更优的解决方案。

 

各种增强体性能指标


 

金刚石作为自然界已知最坚硬的材料（莫氏硬度10），同时具备极高的导热系数（200-2200W/(m·K)）。铜作为传统导热材料，不仅导热性能优异（401W/(m·K)），而且价格相对低廉。将二者的优势相结合，金刚石/铜复合材料应运而生，被视为最具发展潜力的高导热电子封装材料。

 

金刚石微粉


 

02 关键制备工艺详解
 

目前金刚石/铜复合材料的主要制备方法包括：
 

（1）粉末冶金法

该方法通过将金刚石颗粒与铜粉均匀混合，经压制成型后烧结而成。虽然工艺简单、成本较低，但存在致密度不高、组织不均匀等问题。
 

烧结设备


 

（2）高温高压法

利用六面顶压机提供的高温高压环境，使铜处于熔融状态并充分填充金刚石网格结构。该方法制品性能优异，但对设备要求极高，难以实现规模化生产。

六面顶压机


 

（3）熔体浸渗法

分为压力浸渗和无压浸渗两种方式。通过熔融铜渗入金刚石颗粒间隙，可获得热导率超过446W/(m·K)的高性能复合材料。
 

（4）放电等离子烧结法（SPS）

采用脉冲电流快速加热，同时施加压力实现快速烧结。该方法效率高，但对金刚石体积分数有严格要求。

 

（5）冷喷涂法

通过金属熔融雾化后喷射沉积制备复合材料。该技术尚处于研究阶段，在表面控制和导热性能方面仍需突破。

03 界面改性的重要性
 

要实现复合材料的最佳性能，界面改性至关重要。目前主要采用两种方法：
 

（1）金刚石表面改性

通过在金刚石表面镀覆Mo、Ti、W、Cr等活性元素，形成碳化物过渡层，显著改善界面结合状态。
 

（2）铜基体合金化

在铜基体中添加适量活性元素，既能降低润湿角，又能在界面形成强化相，有效提升导热性能。

改性示意图：(a)金刚石表面直接镀覆；(b)基体合金化

 

04 发展前景展望
 

随着电子器件功率密度的持续提升，传统封装材料已难以满足散热需求。金刚石/铜复合材料凭借其超高导热性和可调控的热膨胀系数，展现出巨大的应用潜力。未来研究将重点解决制备工艺优化、成本控制和性能提升等关键问题，推动该材料在电子封装领域的广泛应用。


结语
 

上海知明科技是国内领先的金刚石/铜复合材料研发制造商，专注于为高端电子封装领域提供创新的热管理解决方案。公司拥有完整的金刚石/铜复合材料产品体系，可提供从基础材料到精密加工的全流程服务。我们采用国际先进的熔渗工艺和表面改性技术，确保复合材料具有优异的热导性能（450-600W/(m·K)）和可调控的热膨胀系数（4.5-8.5×10⁻⁶/K），能够满足不同应用场景的散热需求。

 

知明 金刚石铜复合材料



知明 金刚石覆铜板复合材料


 

在产品供应方面，上海知明科技可提供厚度0.5-10mm、最大尺寸达500×500mm的标准规格金刚石/铜复合材料，同时支持客户特殊尺寸和性能要求的定制开发。公司配备高精度加工设备，可提供包括精密切割（公差±0.05mm）、表面抛光（Ra≤0.1μm）、镀膜处理（Ni/Au等）以及特殊形状加工在内的全套加工服务。针对不同应用需求，我们开发了金刚石含量30%-70%的多规格产品系列，包括单晶/多晶金刚石复合材料，以及可激光加工型号、高绝缘型号等特殊功能型产品。

 

知明钨铜合金复合材料