脉冲电流扩散连接金刚石/铜微流道热沉的微观组织和性能演变

作     者：吴琰 王长瑞 田威 陈威 何佳雯 

作者机构：南京航空航天大学机电学院 南京瑞为新材料科技有限公司 西南电子设备研究所 

出 版 物：《材料科学与工艺》 (Materials Science and Technology)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 080701[工学-工程热物理] 080503[工学-材料加工工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52075250,52175468) 江苏省自然科学基金资助项目(BK20211185) 

主　　题：脉冲电流扩散连接 金刚石/铜复合材料 高效散热 微流道热沉 金属箔中间夹层 

摘      要：针对传统芯片微流道热沉壳体封装方式存在的易堵塞微流道、损伤金刚石/铜界面，进而影响散热性能的问题，本文提出了采用脉冲电流辅助扩散连接技术实现金刚石/铜微流道热沉的一体化精密成形方法。通过对不同工艺参数下连接试样的微观组织和力学性能进行分析，揭示了脉冲电流加热方式对金刚石基金属复合材料扩散连接的影响机理。结果表明：在真空压强为20 MPa、扩散温度为850 ℃、扩散连接时间为30 min、中间层为厚度50 μm纯钼箔的条件下，金刚石/铜样件连接处形成了良好的连接界面，无明显缺陷，且连接试样热导率达到520 W/(m·K)以上。进一步研究发现，电流密度增大会导致扩散温度提高，界面处元素扩散活性增强，并形成Cu-Mo-Cu固溶体组织结构，使得焊接后样件的剪切强度最高达到了214 MPa。然而，过高的扩散温度会导致金刚石石墨化，严重影响金刚石/铜微流道热沉样件的散热性能和力学性能。因此，在提高界面结合性的同时，还需兼顾连接样件的散热性能。