自20世纪80年代以来，电子元器件领域经历了持续的微型化革命，电路集成度呈现出指数级增长态势，年均提升幅度达50%以上。这种高度集成化直接导致了工作电流密度的急剧上升，随之产生的热流密度已突破传统散热设计的极限。当热积累超过临界值时，将引发器件性能衰退、可靠性下降等一系列热失效问题。

在此背景下，电子封装材料的导热性能已成为制约现代电子设备发展的关键瓶颈。为应对这一挑战，科研界和产业界正着力开发新一代高导热封装材料，其技术演进主要呈现以下特征：         
（1）从各向同性散热向定向导热设计转变；         
（2）由单一材料体系向多元复合结构发展；         
（3）热管理功能与其他性能（如CTE匹配、机械强度）的协同优化。

这种技术转型不仅解决了当前电子器件的散热困境，更为未来三维集成芯片、功率模块等先进电子系统提供了可靠的热解决方案。

传统的电子封装材料主要有陶瓷、塑料、金属及其合金。BeO、AlN等陶瓷材料具有和半导体元器件相匹配的低热膨胀系数，化学稳定性好，热导率较高，但其制备工艺复杂，加工较困难，尤其是BeO有剧毒且成本高。塑料封装材料具有成本低、质量轻、绝缘性好等优点，但塑料封装材料热导率差，耐高温性差，电性能与半导体热膨胀系数匹配一般。单一的Cu、Ag、Al等金属具有较高的热导率，但热膨胀率过高。Cu-W，Cu-Mo等合金材料热导率又较低。因此，为保障电子元器件的正常使用以及延长使用寿命，迫切需要研制热导率高且热膨胀率适宜的新型封装材料。

    

金刚石是目前已知的在自然界中存在的最坚硬的物质，莫氏硬度达到10，同时也是自然界中导热系数最高的物质之一，导热系数高达200～2200W/(m·K)。

铜的导热、导电、延展性都较好，热导率为401W/(m·K)，远高于铝、钼等金属，并且价格低廉，被广泛应用于集成电路领域。

综合金刚石和铜的导热性能，以铜为基体、金刚石为增强体的金刚石/铜复合材料被很多人认为是未来主流的高导热电子封装材料

金刚石/铜常用的制备方法有：粉末冶金法、高温高压法、熔体浸渗法、放电等离子烧结法、冷喷涂法等。

本次介绍SPS放电等离子烧结法：

   

放电等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering, SPS）是一种基于脉冲电流活化效应的先进粉末冶金工艺。其工艺原理为：将金刚石颗粒与铜基体粉末均匀混合后填充至石墨模具中，通过瞬时脉冲电流诱导的等离子体活化效应实现粉体快速加热，同时施加轴向压力促进材料致密化，最终在极短时间内完成复合材料的近净成型。该技术具有升温速率快（可达1000℃/min）、烧结周期短（通常<30min）和晶粒生长可控等显著优势。<>

然而，SPS技术对金刚石-铜复合体系存在组分敏感特性。实验研究表明，当金刚石体积占比超过65%时，由于以下原因导致复合材料综合性能显著劣化：

传质动力学受限：高含量金刚石阻碍铜相连续分布，降低塑性流动能力；

界面热应力集中：两相热膨胀系数差异（金刚石CTE≈1×10⁻⁶/K，铜CTE≈17×10⁻⁶/K）引发微裂纹； 

电流分布不均：金刚石绝缘特性破坏   电流导通路径，产生局部过热/欠烧区域。

这种组分-性能的强相关性使得SPS工艺窗口被严格限制在金刚石体积分数≤65%的范围内，成为该技术制备高导热金刚石/铜复合材料的主要技术瓶颈。   

在复合材料制备过程中，组元间的润湿特性是决定材料性能的关键界面因素。对于金刚石/Cu体系而言，二者固有的非润湿特性导致界面结合强度不足，形成显著的热阻屏障。这种界面不相容性严重制约了复合材料的热传导效率。

为突破这一技术瓶颈，当前研究主要聚焦于两大改性策略：

金刚石表面功能化调控

通过表面涂覆、化学修饰等方法在金刚石表面构建过渡层，改善其与铜基体的物理化学相容性

铜基体合金化设计

在铜基体中引入活性组元，通过形成界面化合物或降低界面能来增强界面结合

这两种方法从不同维度解决了金刚石与铜的界面匹配问题，为制备高性能热管理复合材料提供了有效的技术路径。界面工程的突破不仅显著降低了界面热阻，更实现了材料导热性能与力学性能的协同提升。