随着电子元器件电路集成规模日益提高,电路工作产生的热量也相应升高,对与集成电路芯片膨胀系数相匹配的封装材料的热导率提出了更高的要求。本论文以制备高热导率封装材料为目的,以金刚石颗粒、Cu粉、CuTi合金粉末和W靶材作为原材料,分别利用放电等离子体烧结工艺、无压渗透工艺以及金刚石表面镀W后放电等离子体烧结制备Cu/金刚石复合材料,利用X射线衍射分析仪(XRD)研究材料成分、采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的组织特征,并且采用激光闪射热导率测试仪测试了复合材料的热导率,着重研究了材料成分对Cu/金刚石复合材料热导率的影响。本文首先采用无压渗透法制备Cu-Ti/金刚石复合材料。首先将酚醛树脂和金刚石颗粒混合压制并置于真空烧结炉内800℃碳化处理得到孔隙度为50%的金刚石压坯。然后将Cu粉和一定质量分数的Ti粉进行均匀混合后对碳化后的金刚石预制体进行包埋熔渗,冷却后得到Cu-Ti/金刚石复合材料。实验结果表明,当Ti含量低于10wt%时,Cu合金液不能自发渗入多孔金刚石预制体中。当Ti含量大于10wt%时,Cu-Ti/金刚石复合材料中存在界面层。随着Ti含量的增加,Cu-Ti/金刚石复合材料致密度从83.2%逐渐增大至89.4%,金刚石颗粒与Cu基体之间的界面层厚度从0.8μm逐渐增大至4μm。随着基体中Ti含量的增加,复合材料的热导率先增大后减小。当Ti的质量分数为15%时,Cu/金刚石复合材料的热导率达到最大值为298W/(m·K)。采用扩散不匹配模型对复合材料的理论卡皮查热阻进行理论估算,将所得结果带入Hasselman-Johnson模型对不同Ti含量下制备的Cu-Ti/金刚石复合材料的理论热导率进行计算可知,当Ti含量为15wt%时,复合材料的实际热导率可以达到理论热导率的82%。本文还采用放电等离子体烧结法制备Cu-Ti/金刚石复合材料,将含有1wt%Ti的CuTi合金粉末、纯Cu粉末和单晶金刚石颗粒均匀混合,采用真空等离子体烧结法制备得到Cu-Ti/金刚石复合材料。最终复合材料中金刚石颗粒的体积分数为50%,Ti元素在基体中的质量分数为0.0-1.0%。结果表明,加入Ti元素后,金刚石颗粒和Cu基体之间形成一层界面层。随着Ti含量的增加,复合材料的致密度从93%至94.6%逐渐增大,复合材料的界面层厚度从300nm逐渐增加至1.2μm。随着基体中Ti含量的增加,复合材料的热导率先增大后减小。当基体中Ti含量为0.2wt%时,复合材料的热导率达到最大值529W/(m·K),比纯Cu/金刚石复合材料的热导率高195%。采用扩散不匹配模型对复合材料的理论卡皮查热阻进行理论估算,将所得结果带入Hasselman-Johnson模型对不同Ti含量下制备的Cu-Ti/金刚石复合材料的理论热导率进行计算可知,当Ti含量为0.2wt%时,复合材料的实际热导率可以达到理论热导率的88.6%。本文采用的第三种工艺是金刚石颗粒进行物理气相沉积镀W后与一定体积分数的Cu粉均匀混合后进行放电等离子体烧结得到Cu-W/金刚石复合材料。结果表明,随着镀膜时间的增加,金刚石表面W元素覆盖区域逐渐增多,Cu-W/金刚石复合材料致密度逐渐增大,热导率先增大后减小。当镀膜时间为30 min时,热导率达到最大值327W/(m·K)。理论计算可知,当镀膜时间为30min时,复合材料的实际热导率是理论热导率的52%。通过三种方法对比可知,采用CuTi合金为基体并采用放电等离子体烧结法可更快速高效地制备热导率高的Cu-Ti/金刚石复合材料。