复合材料的制备方法及复合材料

摘要

本申请涉及一种复合材料的制备方法及复合材料，方法包括向金属骨架的填充孔内填充金刚石以形成预制体，填充孔的孔径大于金刚石的粒径。热压烧结预制体以形成复合材料。通过向金属骨架的填充孔内填充金刚石，从而借助于金属骨架增强复合材料的强度，并利用金刚石的特性，提高制备好的复合材料的热导率，降低复合材料的热膨胀系数，从而满足封装需求。

权利要求

1.一种复合材料的制备方法，所述复合材料用于半导体器件的封装结构的制作，其特征在于，所述方法包括：向金属骨架的填充孔内填充金属粉；所述金属粉的粒径小于所述填充孔的孔径；

向金属骨架的填充孔内填充金刚石以形成预制体；所述填充孔的孔径大于所述金刚石的粒径；

热压烧结所述预制体以形成复合材料。

2.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料中所述金属骨架的体积分数为10％‑30％；

所述复合材料中所述金刚石的体积分数为30％‑80％。

3.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述金刚石的粒径为10微米‑500微米。

4.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述金刚石包括多种粒径。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，在所述热压烧结过程中，对所述预制体施加预设压力，所述预设压力为20兆帕‑300兆帕；和/或在所述热压烧结过程中，对所述预制体升温至预设温度，所述预设温度为金属粉熔点的0.6倍‑0.9倍。

6.根据权利要求1‑4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料中所述金属粉的体积分数为10％‑60％。

7.根据权利要求1‑4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属粉粒径为5微米‑200微米；和/或所述金属粉包括多种粒径。

8.根据权利要求1‑4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属骨架的材料包括镍、钨、钼、钴、钽中的至少一种；和/或所述金属粉的材料包括铜、银、铝、镍中的至少一种。

9.根据权利要求1‑4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属骨架包括金属泡沫。

10.一种复合材料，其特征在于，采用如权利要求1‑9任一项的复合材料的制备方法制备得到。

说明书

复合材料的制备方法及复合材料

技术领域

[0001] 本申请涉及半导体材料技术领域，特别是涉及复合材料的制备方法及复合材料。

背景技术

[0002] 随着半导体器件的发展，半导体器件的热流密度不断升高，对于封装材料的散热性能提出了更高要求。目前一些利用金刚石作为增强体的复合材料，难以在保证散热性能
的同时，满足复合材料的结合强度需求，且通常需要较为复杂的制备工艺。

发明内容

[0003] 基于此，提供一种能够同时满足散热需求和结合强度需求，且制备工艺简单的复合材料的制备方法及复合材料，以解决复合材料结合强度较低且制备复杂的问题。

[0004] 本申请的一方面，提供一种复合材料的制备方法，方法包括：

[0005] 向金属骨架的填充孔内填充金刚石以形成预制体；填充孔的孔径大于金刚石的粒径；

[0006] 热压烧结预制体以形成复合材料。

[0007] 在其中一个实施例中，复合材料中金属骨架的体积分数为10％‑30％；

[0008] 复合材料中金刚石的体积分数为30％‑80％。

[0009] 在其中一个实施例中，金刚石的粒径为10微米‑500微米。

[0010] 在其中一个实施例中，金刚石包括多种粒径。

[0011] 在其中一个实施例中，热压烧结预制体以形成复合材料之前还包括：

[0012] 向金属骨架的填充孔内填充金属粉；金属粉的粒径小于填充孔的孔径。

[0013] 在其中一个实施例中，复合材料中金属粉的体积分数为10％‑60％。

[0014] 在其中一个实施例中，金属粉粒径为5微米‑200微米；和/或

[0015] 金属粉包括多种粒径。

[0016] 在其中一个实施例中，金属骨架包括金属泡沫。

[0017] 在其中一个实施例中，金属骨架的材料包括镍、钨、钼、钴、钽中的至少一种；和/或

[0018] 金属粉的材料包括铜、银、铝、镍中的至少一种。

[0019] 本申请的另一方面，还提供一种复合材料，采用如上述的复合材料的制备方法制备得到。

[0020] 上述复合材料的制备方法及复合材料，通过向金属骨架的填充孔内填充金刚石，从而借助于金属骨架增强复合材料的结合强度，并利用金刚石的特性，提高制备好的复合
材料的热导率，降低复合材料的热膨胀系数，从而满足封装需求。

附图说明

[0021] 图1为本申请一实施例的复合材料的制备方法的流程图；

[0022] 图2为本申请另一实施例的复合材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

[0023] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申
请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不
违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

[0024] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0025] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0026] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0027] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0028] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以
是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平
的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施
方式。

[0029] 此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

[0030] 为了便于理解本申请的技术方案，在详细展开说明之前，首先对现有半导体器件用于封装的复合材料进行阐述。

[0031] 正如背景技术所言，近年来，碳化硅、氮化镓等的功率器件以及大功率的发光二极管的热流密度不断升高。热流密度是单位时间单位面积截面传输的热量，其是考察器件或
设备散热性能的重要指标。由于器件工作时所产生的热量制约着器件性能的进一步发展，
因此，半导体器件对封装材料的散热性能提出了更高要求。

[0032] 发明人经研究发现，常规的金属封装材料，例如铜、铝等金属材料，热导率较高，但热膨胀系数高，难以与芯片以及各类封装材料相匹配，因此其应用受到了一定限制。对此，
钨铜材料以及可伐合金材料(铁镍钴合金材料)，可以与陶瓷材料、半导体材料、金属材料等
形成较好的热膨胀匹配，但热导率较低，已逐渐难以满足现在的高热导率需求。

[0033] 金刚石因其具有高热导率、低热膨胀系数及低密度的性质，是良好的散热封装材料，在半导体领域具有极佳的应用前景。但也由于金刚石的硬度极大，其表面难以进行镀覆
和加工，大尺寸的金刚石制备难度高、工艺复杂、成本高，也不易加工，故通常采用金刚石颗
粒与例如铝、铜、银等的金属材料复合，得到导热率高且热膨胀系数低的封装散热材料。如
此制得的封装材料，不仅成本更具竞争优势，且能够更好地与可伐合金、陶瓷等封装材料的
热膨胀系数相匹配。

[0034] 在相关一些实施例中，通常以金刚石作为增强体，使金属材料或合金材料与金刚石颗粒相结合形成复合材料。其中，增强体即为复合材料中承受载荷的组分。发明人经研究
发现，由于金刚石和金属之间的热膨胀系数差异大，制备得到的复合材料结合强度较低，在
经过高低温循环或是长期使用后，金刚石与金属之间的结合界面会存在较大应力，易发生
分层或产生空隙，导致产生较大热阻，进而导致复合材料的散热性能退化。部分以金属材质
作为基体的复合材料，通常需要在其表面沉积高导热材料，例如类金刚石层、金刚石层、石
墨烯等，不仅成本高，产量也较低。除此之外，因为金属材质的基体作为高导热材料层的附
着基体，且高导热层的沉积厚度有限，因此导热效果提升有限。

[0035] 故有必要提出一种既能够同时满足散热需求和导热需求，且制备工艺简单的复合材料的制备方法。

[0036] 为便于描述，附图仅示出了与本申请实施例相关的结构。

[0037] 图1示出了本申请一实施例中的复合材料的制备方法的流程图。

[0038] 结合下述一些实施例，可以理解地，通过对预制体加工形成复合材料。提供的预制体包括中间态(即半成品)或者终态(即成品)等产品形态，复合材料包括中间态(即半成品)
或者终态(即成品)等产品形态，预制体为复合材料的一个中间态。也即是，复合材料来自于
预制体的至少部分。由于本申请实施例所要求保护的重点在于下述一些实施例中所涉及的
方法，这里不对形成中间态或者终态的相关具体结构及相关工艺进行赘述。

[0039] 参阅图1，本申请一实施例提供了的复合材料的制备方法，方法包括：

[0040] S110、向金属骨架的填充孔内填充金刚石以形成预制体；填充孔的孔径大于金刚石的粒径；

[0041] S120、热压烧结预制体以形成复合材料。

[0042] 在步骤S110中，“金属骨架”是指金属材质的固体骨架，其作为复合材料的增强体承受载荷，具有较好的支撑力，保证复合材料的强度。“填充”是指使金刚石从金属骨架的填
充孔内进入金属骨架内部，从而能够使得金刚石与金属骨架能够可靠地结合在一起。具体
地，金刚石指金刚石颗粒，填充孔的孔径大于金刚石的粒径，能够易于金刚石颗粒从填充孔
进入至金属骨架内部。

[0043] 在步骤S120中，“热压烧结”是指对预制体边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。在一些实施例中，步骤S120具体包括将预制体置入模具中，热压烧结预制
体及模具以形成复合材料。示例性地，模具的材料包括石墨或陶瓷。

[0044] 上述复合材料的制备方法，通过向金属骨架的填充孔内填充金刚石，从而借助于金属骨架增强复合材料的强度，并利用金刚石的特性，提高制备好的复合材料的热导率，降
低复合材料的热膨胀系数，从而满足封装需求。

[0045] 请继续参见图1，在一些实施例中，步骤S110之前还包括清洗金属骨架及金刚石。如此，通过清洗能够去除金属骨架及金刚石的表面脏污，防止因存在脏污而阻碍金属与金
刚石之间的结合。具体地，通过超声清洗方法清洗金属骨架及金刚石。当清洗液介质中传入
一定强度的超声波时，由于超声波疏密相间地向前传导，产生无数的微小气泡，这些气泡是
在超声波纵向传播的负压区形成及生长，而在正压区迅速破裂。这种微小气泡的形成、生
长、迅速破裂过程称为“空化效应”。在空化效应中，气泡破裂后产生超过10000个大气压的
瞬时高压，借助于连续不断产生的瞬时高压，清洗液不断地轰击物体表面，使物体表面污垢
迅速脱落，从而达到显著的清洗效果。当然，在其他一些实施方式中，也可以选用手工洗刷、
机械振动等方式清洗，在此不作限制。

[0046] 可选地，清洗液可以为去离子水或酒精。其中，去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水。去离子水具有强大的离子吸收能力，能够将把离子从零件上的污染物中拉出。
可以理解，去离子水本身就是一种非常活跃的清洁剂，去离子水能够提供更佳的清洁效果。
除此之外，金属离子影响着半导体的电阻率，也即影响着半导体的良率。选用去离子水还能
够避免离子杂质对半导体的影响。酒精则可以降低晶体因溶解而造成的损失，大部分的不
活泼金属以及合金不会与酒精发生反应，而且在去除金属骨架及金刚石表面的可溶性杂质
及水分后，因酒精具有易挥发的特性，金属骨架及金刚石更易干燥。当然，在其他实施方式
中，也可以为蒸馏水等其他溶液对金属骨架及金刚石表面进行清洗，在此不作限制。

[0047] 经发明人研究发现，当清洗时间过短时，清洗效果不佳，难以将金属骨架及金刚石表面的脏污清洗干净，而若清洗时间过长时，在超声波的作用下，金刚石表面的涂层可能发
生脱落，金属骨架的金属结构也易遭到破坏。基于此，在一些实施例中，清洗时间为2分钟‑
10分钟。可以理解地，清洗时间包括但不限于是2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8
分钟、9分钟或10分钟。

[0048] 进一步地，清洗金属骨架及金刚石之后还包括烘干金属骨架及金刚石。如此，能够保证金属骨架及金刚石的干燥性，从而提升金属骨架与金刚石之间结合的能力，提高后续
的热压烧结的效率，缩短制备周期。在一些实施例中，烘干金属骨架及金刚石之后，还包括
混合金刚石及金属骨架。如此，通过将金刚石与金属骨架混合，能够使得金刚石填入金属骨
架内。具体到一些实施方式中，借助于球磨机对金刚石及金属骨架进行混合。如此，球磨机
能够进一步地确保金刚石更为充分地填充进入金属骨架内部。

[0049] 发明人注意到，在制备复合材料的过程中，既要最大限度地发挥各组分的作用，又要避免因某组分的成分过高影响复合材料的性能。当金刚石的含量过高，虽然理论上有利
于降低热膨胀系数和提高热导率，但考虑到金刚石与金属骨架的结合力较差，导致复合材
料的结合强度也会降低，结合界面会产生裂纹，反而会影响传热、降低热导率。当金属骨架
含量过高时，虽然保证了复合材料的结合强度，但受限于金属骨架自身的热导率，导致复合
材料的导热性能降低。基于此，在一些实施例中，复合材料中金属骨架的体积分数为10％‑
30％。复合材料中金刚石的体积分数为30％‑80％。可以理解地，复合材料中金属骨架的体
积分数包括但不限于是，10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％。
复合材料中金刚石的体积分数包括但不限于是，30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、
65％、70％、75％或80％。

[0050] 发明人在研究过程中发现，虽然越大粒径的金刚石导热效果越好，但过大粒径的金刚石不仅制备成本和材料成本都更高，且结合强度也难以满足需求。而过小粒径的金刚
石也难以有效提高复合材料的导热性。基于此，在一些实施例中，金刚石的粒径为10微米‑
500微米。可以理解地，金刚石的粒径包括但不限于是，10微米、50微米、100微米、150微米、
200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米或500微米。

[0051] 进一步地，为获得更高的致密度，提升复合材料的性能，金刚石包括多种粒径。可以理解，多种粒径是指金刚石的颗粒大小不同。示例性地，选用粒径为10微米‑50微米和100
微米‑250微米的金刚石。可以理解地，金刚石的粒径包括但不限于是，10微米、20微米、30微
米、40微米、50微米、100微米、110微米、120微米、130微米、140微米、150微米、160微米、170
微米、180微米、190微米、200微米、210微米、220微米、230微米、240微米或250微米。需要说
明的是，此处的金刚石粒径仅为示意出选用不同粒径大小的金刚石，可根据需要选用不同
粒径的金刚石，在此不作限制。

[0052] 在一些实施例中，金属骨架包括金属泡沫。金属泡沫是由占有很大体积比例、充满气孔细泡组成的金属材料。这些气孔可以是连接的闭合细泡，称为金属泡沫。也可以是不连
接的网状结构(开放细泡)，称为多孔金属。金属泡沫不仅具有较高的热导率，且强度较高。
除此之外，在制备金属泡沫的过程中，可根据需要控制金属泡沫的孔径的尺寸以及孔的占
有率。在又一些实施方式中，金属骨架还可以为金属网，在此不作限制。

[0053] 在一些实施例中，金属骨架的材料包括镍、钨、钼、钴、钽中的至少一种。一方面，上述金属材料属于难熔金属，熔点较高。另一方面，上述金属的热膨胀系数较低，能够进一步
降低复合材料的热膨胀系数。再一方面，上述金属的强度相对较高，从而能够提高复合材料
的强度。

[0054] 图2示出了本申请另一实施例的复合材料的制备方法的流程图。

[0055] 如图2所示，本申请另一实施例提供了的一种复合材料的制备方法，包括：

[0056] S210、向金属骨架的填充孔内填充金属粉；金属粉的粒径小于填充孔的孔径；

[0057] S220、向金属骨架的填充孔内填充金刚石以形成预制体；填充孔的孔径大于金刚石的粒径；

[0058] S230、热压烧结预制体以形成复合材料。

[0059] 步骤S220、步骤S230中，具体可参见前述一些实施例中的内容，在此不再赘述。需要说明的是，步骤S210与步骤S220并非预设顺序，在本申请的实施方式中，同时向金属骨架
的填充孔内填充金属粉和金刚石以形成预制体。在其他一些实施方式中，可以为先向金属
骨架的填充孔中填充金属粉，再向填充有金属粉的金属骨架中填充金刚石以形成预制体，
还可以先向金属骨架的填充孔中填充金刚石，再向填充有金刚石的金属骨架中填充金属粉
以形成预制体，在此不作限制。

[0060] 本实施例中的复合材料的制备方法，金属粉能够填充于金刚石与金属骨架的缝隙之间，从而提高金刚石与金属骨架之间的结合强度和热导率。

[0061] 在一些实施例中，步骤S210之前还包括清洗金属骨架、金刚石及金属粉。如此，通过清洗能够去除金属骨架、金刚石及金属粉的表面脏污，防止因存在脏污而阻碍金属与金
刚石之间的结合。具体地，通过超声清洗方法清洗金属骨架、金刚石及金属粉。当清洗液介
质中传入一定强度的超声波时，由于超声波疏密相间地向前传导，产生无数的微小气泡，这
些气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长，而在正压区迅速破裂。这种微小气泡的
形成、生长、迅速破裂过程称为“空化效应”。在空化效应中，气泡破裂后产生超过10000个大
气压的瞬时高压，借助于连续不断产生的瞬时高压，清洗液不断地轰击物体表面，使物体表
面污垢迅速脱落，从而达到显著的清洗效果。当然，在其他一些实施方式中，也可以选用手
工洗刷、机械振动等方式清洗，在此不作限制。

[0062] 可选地，清洗液可以为去离子水或酒精。其中，去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水。去离子水具有强大的离子吸收能力，能够将把离子从零件上的污染物中拉出。
可以理解，去离子水本身就是一种非常活跃的清洁剂，去离子水能够提供更佳的清洁效果。
除此之外，金属离子影响着半导体的电阻率，也即影响着半导体的良率。选用去离子水还能
够避免离子杂质对半导体的影响。酒精则可以降低晶体因溶解而造成的损失，大部分的不
活泼金属以及合金不会与酒精发生反应，而且在去除金属骨架、金刚石及金属粉表面的可
溶性杂质及水分后，因酒精具有易挥发的特性，金属骨架、金刚石及金属粉更易干燥。当然，
在其他实施方式中，也可以为蒸馏水等其他溶液对金属骨架、金刚石及金属粉表面进行清
洗，在此不作限制。

[0063] 经发明人研究发现，当清洗时间过短时，清洗效果不佳，难以将金属骨架、金刚石及金属粉表面的脏污清洗干净，而若清洗时间过长时，在超声波的作用下，金刚石表面的涂
层可能发生脱落，金属骨架及金属粉的金属结构也易遭到破坏。基于此，在一些实施例中，
清洗时间为2分钟‑10分钟。可以理解地，清洗时间包括但不限于是2分钟、3分钟、4分钟、5分
钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟或10分钟。

[0064] 进一步地，清洗金属骨架、金刚石及金属粉之后还包括烘干金属骨架、金刚石及金属粉。如此，能够保证金属骨架、金刚石及金属粉的干燥性，从而提升金属骨架、金刚石及金
属粉之间结合的能力，提高后续的热压烧结的效率，缩短制备周期。在一些实施例中，烘干
金属骨架、金刚石及金属粉之后，还包括混合金刚石、金属骨架及金属粉。如此，通过将金刚
石、金属骨架及金属粉混合，能够使得金刚石及金属粉充分且均匀地填入金属骨架内。具体
到一些实施方式中，借助于球磨机对金刚石、金属骨架及金属粉进行混合。如此，球磨机能
够进一步地确保金刚石及金属粉更为充分地填充进入金属骨架内部。

[0065] 在一些实施例中，步骤S230具体包括将预制体置入模具中，热压烧结预制体及模具以形成复合材料。示例性地，模具的材料包括石墨或陶瓷。具体到一些实施例中，热压烧
结预制体及模具以形成复合材料具体包括，将置有预制体的模具置入加热炉中，通入气体
的同时，对预制体施加预设压力并升温至预设温度，保温预设时间以形成复合材料。进一步
地，气体包括惰性气体和/或还原气体。如此，无论是惰性气体、还原气体或是惰性气体和还
原气体的混合气体，其均能够防止加热炉中的预制体发生氧化反应。示例性地，气体可以但
不限于是，氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氮气、氢气中的至少一种。其中，加热炉可以为烧结
炉。

[0066] 发明人经研究发现，对预制体施加较大的压力能够促进各成分之间的相互连接，减少空隙，但压力过大会导致各成分的结构发生破坏。基于此，在一些实施例中，预设压力
为20兆帕‑300兆帕。可以理解地，预设压力包括但不限于是20兆帕、40兆帕、60兆帕、80兆
帕、100兆帕、120兆帕、140兆帕、160兆帕、180兆帕、200兆帕、220兆帕、240兆帕、260兆帕、
280兆帕或300兆帕。

[0067] 发明人还发现，结合下述一些实施例中的金属粉的粒径大小，当金属粉的粒径越小，其原子扩散越易于发生，烧结颈越易形成，故而需要的烧结温度越低。而且，若烧结温度
过高，不仅易发生氧化过烧，而且过高的温度会加快促进一些金属脆性相的生成，导致制备
得到的复合材料强度降低。基于此，在一些实施例中，预设温度为金属粉熔点的0.6倍‑0.9
倍。可以理解地，预设温度可以但不限于是金属粉熔点的0.6倍、0.7倍、0.8倍或0.9倍。

[0068] 在一些实施例中，热压烧结预制体及模具以形成复合材料还包括保温预设时间。如此，能够确保混合后的金属骨架、金刚石及金属粉能够充分烧结结合。发明人经多次实验
获知，若保温时间过短，金属骨架、金刚石及金属粉之间的冶金结合不够充分，难以达到结
合强度需求。而冶金结合中的原子扩散和烧结颈的形成，在较短的时间内已经基本完成，若
保温时间过长，不仅不能带来明显的性能提升，而且还会提高成本，甚至导致已烧结完成的
复合材料表面发生进一步氧化。基于此，在一些实施例中，保温时间为20分钟‑120分钟。可
以理解地，保温时间包括但不限于是，20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、70分钟、80
分钟、90分钟、100分钟、110分钟或120分钟。进一步地，在保温预设时间之后，制备完成的复
合材料及模具随炉冷却后，即可取出冷却的复合材料。

[0069] 结合前述一些实施例，发明人注意到，需要在考虑各组分充分发挥作用的同时，避免某组分含量过高影响复合材料性能。虽然更多的金属粉会更为充分地填满金刚石与金属
骨架之间的缝隙，从而提高结合强度和热导率，但过多的金属粉会导致热膨胀系数过高，热
导率下降。基于此，在一些实施例中，复合材料中金属粉的体积分数为10％‑60％。可以理解
地，复合材料中金属粉的体积分数包括但不限于是，10％、15％、20％、25％、30％、35％、
40％、45％、50％、55％或60％。

[0070] 发明人在研究过程中发现，金属粉粒径越小，其表面自由能越高，越有利于促进原子扩散，从而提高结合力，也即提高复合材料的结合强度。然而，过小粒径的金属粉易与氧
反应而生成氧化物，氧化物层会阻碍原子的扩散，反而降低了层间结合力。基于此，在一些
实施例中，金属粉的粒径为5微米‑200微米。可以理解地，金属粉的粒径包括但不限于是，5
微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、
110微米、120微米、130微米、140微米、150微米、160微米、170微米、180微米、190微米或200
微米。

[0071] 进一步地，为获得更高的致密度，提升复合材料的性能，金属粉包括多种粒径。可以理解，多种粒径是指金属粉的颗粒大小不同。示例性地，选用粒径为5微米‑30微米和80微
米‑150微米的金属粉。可以理解地，金属粉的粒径包括但不限于是，5微米、10微米、15微米、
20微米、25微米、30微米、80微米、85微米、90微米、95微米、100微米、105微米、110微米、115
微米、120微米、125微米、130微米、135微米、140微米、145微米或150微米。需要说明的是，此
处的金属粉粒径仅为示意出选用不同粒径大小的金属粉，可根据需要选用不同粒径的金属
粉，在此不作限制。结合前述一些实施例，既可以都选用不同粒径的金刚石和金属粉，也可
以仅选用不同粒径的金刚石，或是仅选用不同粒径的金属粉。

[0072] 在一些实施例中，金属粉的材料包括铜、银、铝、镍中的至少一种。上述金属材料导热性较好，最终制备形成的复合材料导热率更高，更能适用于半导体散热领域。

[0073] 基于同样的发明构思，本申请的另一方面，还提供一种复合材料，采用如上述的复合材料的制备方法制备得到。通过采用上述制备方法制备得到的复合材料，因复合材料内
部的材料分布均匀、各向同性，且加入的金属骨架有效提高了材料的强度，经发明人测试，
复合材料的平均抗拉强度相较不含金属骨架的平均抗拉强度提高30兆帕‑60兆帕。而且，加
入的金属骨架通过选用低热膨胀系数的金属材料，能够进一步地降低复合材料的热膨胀系
数，经发明人测试，在25摄氏度‑200摄氏度的区间内，热膨胀系数降低0.2PPM/K‑0.5PPM/K。

[0074] 本申请实施例提供的复合材料的制备方法及复合材料，通过向金属骨架的填充孔内填充金刚石，从而借助于金属骨架增强复合材料的强度，并利用金刚石的特性，提高制备
好的复合材料的热导率，降低复合材料的热膨胀系数，从而满足封装需求。为保证各组分充
分发挥作用的同时，避免某组分含量过高影响复合材料性能，复合材料中金属骨架的体积
分数为10％‑30％，金刚石的体积分数为30％‑80％，金属粉的体积分数为10％‑60％。选用
粒径为10微米‑500微米金刚石及粒径为5微米‑200微米的金属粉，既能够提升复合材料的
导热性，还能够保证复合材料的结合强度。而通过不同粒径的金刚石和金属粉，能够获得更
高的致密度，提升复合材料的性能。

[0075] 需要说明的是，上述阐述的一些技术方案在实际实施过程中可以作为独立实施例来实施，也可以彼此之间进行组合并作为组合实施例实施。上述阐述的一些技术方案为示
例性的方案，具体如何进行组合来实施，可以根据实际需要来进行选择，本申请实施例不作
具体地限制。另外，在对上述本申请实施例内容进行阐述时，仅基于方便阐述的思路，按照
相应顺序对不同实施例进行阐述，如按照实际实施过程中的要求预设的顺序，而并非是对
不同实施例之间的执行顺序进行限定。相应地，在实际实施过程中，若需要实施本申请实施
例提供的多个实施例，则不一定需要按照本发明阐述实施例时所提供的执行顺序，而是可
以根据需求安排不同实施例之间的执行顺序。

[0076] 应该理解的是，虽然图1和图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些
步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1和图2中的
至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时
刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次
进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地
执行。

[0077] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0078] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护
范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。