处理至少一个碳纤维的方法、碳铜合成物及其制造方法

摘要

本发明公开了处理至少一个碳纤维的方法、碳铜合成物及其制造方法，该处理至少一个碳纤维的方法可包括：在至少一个碳纤维上电镀金属层，其中，金属层包含金属，金属与碳形成公共相并且与铜形成公共相；以及使至少一个碳纤维和金属层退火。一种用于根据另一个实施方式处理至少一个碳纤维的方法可包括：在至少一个碳纤维上电镀第一金属层，其中，第一金属层包括金属，金属与碳形成公共相并且与镍形成公共相；在第一金属层上电镀第二金属层，其中，第二金属层包含镍；以及使至少一个碳纤维、第一金属层以及第二金属层退火。

说明书

技术领域

各种实施方式总体上涉及一种处理至少一个碳纤维的方法、一种制造 碳铜合成物的方法以及一种碳铜合成物。

背景技术

在操作期间，电子装置（例如，功率电子装置）总体上产生热量。可 取地提供合适的散热器，以驱散由电子装置产生的热量。

发明内容

一种用于根据一个实施方式处理至少一个碳纤维的方法可包括：在至 少一个碳纤维上电镀金属层，其中，所述金属层包含金属或由金属组成， 所述金属与碳形成公共相并且与铜形成公共相；使所述至少一个碳纤维和 所述金属层退火。

一种用于根据另一个实施方式处理至少一个碳纤维的方法可包括：在 至少一个碳纤维上电镀第一金属层，其中，所述第一金属层包含金属或由 金属组成，所述金属与碳形成公共相并且与镍形成公共相；在所述第一金 属层上电镀第二金属层，其中，所述第二金属层包含镍或由镍组成；使所 述至少一个碳纤维、所述第一金属层以及所述第二金属层退火。

一种用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法可包括：提供多 个碳纤维；在所述多个碳纤维上电镀金属层，其中，所述金属层包含金属 或由金属组成，所述金属与碳形成公共相并且与铜形成公共相；使所述多 个碳纤维和金属层退火；在所述金属层上电镀铜层。

一种用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法可包括：提供多 个碳纤维；在所述多个碳纤维上电镀第一金属层，其中，所述第一金属层 包括金属或由金属组成，所述金属与碳形成公共相并且与镍形成公共相； 在所述第一金属层上电镀第二金属层，其中，所述第二金属层包含镍或由 镍组成；使所述多个碳纤维、所述第一金属层以及所述第二金属层退火； 在所述第二金属层上电镀铜层。

一种用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法可包括：提供碳 纤维织物；在所述织物上电镀第一金属层，第一金属层包含铬或锰或由其 组成；在所述第一金属层上电镀第二金属层，第二金属层包括镍或由镍组 成；使所述织物、所述第一金属层以及所述第二金属层退火；在所述第二 金属层上电镀铜层。

一种根据另一个实施方式的碳铜合成物可包括：多个碳纤维；金属层， 其设置在所述碳纤维上，所述金属层包括金属或由金属组成，所述金属与 碳形成公共相并且与铜形成公共相；铜层，其设置在所述金属层上。

一种根据另一个实施方式的碳铜合成物可包括：多个碳纤维；第一金 属层，其设置在所述碳纤维上，其中，所述第一金属层包括金属或由金属 组成，所述金属与碳形成公共相并且与镍形成公共相；第二金属层，其设 置在所述第一金属层上，其中，所述第二金属层包括镍或由镍组成；铜层， 其设置在所述第二金属层上。

附图说明

在图中，相似的参考标号在所有不同的示图中总体上表示相同的部 件。示图并不一定按比例绘出，而是总体上重点示出各种实施方式的原理。 在以下描述中，参照以下示图，描述各种实施方式，其中：

图1A示出了用于根据一个实施方式处理至少一个碳纤维的方法；

图1B示出了用于根据另一个实施方式处理至少一个碳纤维的方法；

图2A示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法；

图2B示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法；

图3示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法；

图4示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法；

图5示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法；

图6示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法；

图7A至图10B示出了在用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的 方法中的各种处理阶段；

图11至图14示出了用于说明各种实施方式的方面的相图；

图15A和图15B示出了用于说明各种实施方式的方面的电子显微照 片。

具体实施方式

以下参照附图详细描述，这些附图通过例证显示了可实践本发明的具 体细节和实施方式。非常详细地描述这些实施方式，以使本领域的技术人 员能够实践本发明。在不背离本发明的范围的情况下，可利用其他实施方 式，并且可进行结构、逻辑以及电气变化。由于一些实施方式可与一个或 多个其他实施方式相结合，以形成新的实施方式，所以各种实施方式并非 互相排斥。

在操作期间，电子装置（例如，功率电子装置）总体上产生热量。可 取地提供合适的散热器，以驱散由电子装置产生的热量。用于功率电子装 置或元件（例如，高功率模块，例如，IGBT（绝缘栅双极晶体管）模块） 的散热器可例如表示电源开关的脉冲状热损耗的中间存储器，在灯泡的灯 丝较冷时，一接通电灯泡，例如，短路状电流就可造成这种脉冲状热损耗。

散热器可优选地具有以下性能中的一个或多个（例如，全部）：导电 性，其远远高于硅的导电性；导热性，其至少等于硅的导热性；比热，其 远远高于硅的比热。

纯铜非常好地满足上述要求。然而，在铜的热膨胀系数（CTE） （CTE_Cu≈16.5*10^-6K^-1）和硅的热膨胀系数（CTE_Si≈2.6*10^-6K^-1）之间的 差值相当大，从而难以控制由CTE差值造成的在薄硅片内以及在芯片和 散热器之间的硅铜界面处生成的热应力。

已经提出了碳纤维和铜（下面称为CCu）的合成物，作为可选的散 热材料。虽然CCu的导热性并不远远高于硅的导热性，但是CCu产生大 约4*10^-6K^-1到6*10^-6K^-1的CTE，与纯铜的CTE（16.5*10^-6K^-1）相比， 这更靠近硅的CTE（2.6*10^-6K^-1）。因此，将CCu用作散热材料，可大幅 减小热应力和芯片弯曲。而且，CCu可非常好地履行散热器的其他上述要 求。

一种用于制造CCu的传统方法基于通过铜电镀短碳纤维，随后在大 约1000℃的温度下以及在几十巴的压力下，在热压机内烧结纤维。假设 需要进行烧结，但该烧结还不足以在铜和碳纤维之间进行良好的热耦合。 因此，另外使用添加剂，以在热循环应力期间，实现更好的铜粘附，并且 防止铜在碳纤维上滑动。原子尺度的相界线的移动对热耦合和平均的CTE 具有负面影响。

可见上述传统方法的一个缺点在于，预先制造碳纤维铜部件，仅仅作 为烧结的部件。使用该方法，不能直接在晶片处冷制造合成物。

可见上述传统方法的另一个缺点在于，添加剂可能并未完全弄湿碳纤 维的表面，在短碳纤维的预镀铜期间，将这些添加剂加入铜电解液中，以 实现铜在纤维上更好地进行粘附。而且，这些添加剂可对铜的性能具有负 面影响。

可见在本文中所描述的各种实施方式的一个方面在于，可消除或大幅 减少上述传统方法的一个或多个缺点。

图1A示出了用于根据一个实施方式处理至少一个碳纤维的方法 100。

在102中，可在至少一个碳纤维（例如，多个碳纤维，如，具有多个 碳纤维的一层，再如，具有多个碳纤维的织物）上电镀（换言之，通过电 镀进行沉积，或者再换言之，以电解沉积，也称为电流或电解沉积）金属 层。换言之，至少一个碳纤维可涂有金属。

在本文中使用的在“电镀在……上（electroplated over）”、“）沉 积在……上（deposited over”、“设置在……上（disposed over）”、“形 成在……上（formed over）”、“配置在……上（arranged over）”等表 达式中的术语“over”可理解为包括第一部件（结构、层等）通过直接物 理和/或电气接触设置或形成在第二部件（结构、层等）上的情况以及一个 或多个部件（结构、层等）可设置或形成在第一部件（结构、层等）和第 二部件（结构、层等）之间的情况。

根据一个实施方式，至少一个碳纤维可具有的长度在毫米的范围内， 例如，几毫米。根据其他实施方式，也能够具有其他（例如，更高的）值。 根据一个或多个实施方式，至少一个碳纤维可包括石墨。

根据另一个实施方式，至少一个碳纤维可具有的直径在从大约1μm 到大约50μm的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

金属层可包含金属或由金属组成，该金属与碳形成公共相并且与铜形 成公共相。

在本文中所使用的术语“相”可理解为表示固态相。在本文中所使用 的术语“公共相”可理解为表示二进制系统（换言之，两个元件构成的系 统）的按化学计量确定的固态相，如在二进制系统的相应相图中所示。例 如，术语“元件X和元件Y的共同相”可理解为表示在与二进制系统X-Y 对应的相图中的任何按化学计量确定的固态相。例如，术语“碳（C）和 铬（Cr）的共同相”可理解为表示在与二进制系统C-Cr对应的相图（例 如，见图11中的相图1100）中的任何按化学计量确定的固态相。

根据一个实施方式，金属可为铬（Cr）或锰（Mn）。

根据另一个实施方式，电镀金属层可包括脉冲电镀或者可由其实现 （在本文中也称为脉冲电镀、脉冲电流或电流脉冲沉积）。在本文中所使 用的术语“脉冲电镀”可理解为表示电镀（电解沉积）技术，其中，在预 定的持续时间和/或高度的一个或多个脉冲中可提供电镀电流。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲频率可在从大约10 kHz到大约1MHz的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲高度可在从大 约4V到大约12V的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据其他实施方式，通过其他合适的电镀技术，可实现电镀金属层。

金属层可至少部分（例如，完全）涂覆至少一个碳纤维或多个碳纤维。

根据另一个实施方式，可沉积金属层，从而该金属层的层厚小于至少 一个碳纤维的直径，例如，大幅小于至少一个碳纤维的直径，例如，其层 厚等于或小于碳纤维直径的大约25%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直 径的大约15%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约10%，例如， 其层厚等于或小于碳纤维直径的大约5%，例如，其层厚等于或小于碳纤 维直径的大约1%，例如，其层厚在大约10nm到大约500nm的范围内。 根据其他实施方式，也能够具有其他值。最小的层厚可例如与金属层的结 晶种子的尺寸对应。

在104中，至少一个碳纤维和金属层可退火（换言之，加热或回火）。 至少一个碳纤维和金属层可同时退火，例如，在单个处理步骤中。

根据另一个实施方式，退火温度可在从大约400℃到大约1000℃的 范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据另一个实施方式，退火时间可在从大约1h到大约10h的范围内。 根据其他实施方式，也能够具有其他值。

使至少一个碳纤维和金属层退火，可用于形成碳和金属层的金属的共 同相，例如，在至少一个碳纤维和金属层之间的界面处。

根据另一个实施方式，如在106中所示，可在金属层上电镀铜层。在 使至少一个碳纤维和金属层退火之后，可电镀铜层。使用在本技术领域中 同样众所周知的任何合适的电镀技术，可实现电镀金属层。

金属层可用作粘合层，以能够粘合铜层或提高这种粘合性，下面会进 一步更详细地进行描述。

根据另一个实施方式，在沉积铜层之后，可使铜层退火，例如，降低 到从大约110℃到大约150℃的温度范围内。退火可例如用于去除（例如， 蒸发）可能的电解液残留物。

图1B示出了用于根据另一个实施方式处理至少一个碳纤维的方法 150。

在152中，可在至少一个碳纤维（例如，多个碳纤维，例如，具有多 个碳纤维的一层，例如，具有多个碳纤维的织物）上电镀（换言之，通过 电镀进行沉积，也称为电流沉积或电解沉积）第一金属层。换言之，至少 一个碳纤维可涂有金属。

根据一个实施方式，至少一个碳纤维可具有的长度在毫米的范围内， 例如，几毫米。根据其他实施方式，也能够具有其他（例如，更高的）值。

根据另一个实施方式，至少一个碳纤维可具有的直径在从大约1μm 到大约50μm的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

第一金属层可包含金属或由金属组成，该金属与碳形成公共相并且与 镍形成公共相。换言之，金属和碳可形成至少一个公共相，并且镍和金属 可形成至少一个公共相。第一金属层的金属可与镍不同。

第一金属层可至少部分（例如，完全）涂覆至少一个碳纤维或多个碳 纤维。

在154中，可在第一金属层上电镀第二金属层，其中，第二金属层可 包含镍或由镍组成。第二金属层可例如为镍层。

用作说明地，第一金属层和第二金属层可配置为使第一金属层的金属 和碳可形成公共相，并且第一金属层的金属和第二金属层的金属可形成公 共相。

根据一个实施方式，第一金属层的金属可为铬（Cr）或锰（Mn）。

根据另一个实施方式，电镀第一金属层和/或电镀第二金属层可包括 脉冲电镀（在本文中也称为脉冲电镀或电流脉冲沉积）或可由其实现。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲频率可在从大 约10kHz到大约1MHz的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他 值。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲高度可在从大 约4V到大约12V的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据其他实施方式，通过其他合适的电镀技术，可实现电镀第一金属 层和/或电镀第二金属层。

根据另一个实施方式，可沉积第一金属层和/或第二金属层，从而这 些金属层的层厚小于碳纤维的直径，例如，大幅小于碳纤维的直径，例如， 其层厚等于或小于碳纤维直径的大约25%，例如，其层厚等于或小于碳纤 维直径的大约15%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约10%，例 如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约5%，例如，其层厚等于或小于 碳纤维直径的大约1%，例如，其层厚在大约10nm到大约500nm的范围 内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。最小的层厚可例如与第一和 /或第二金属层的结晶种子的尺寸对应。

根据另一个实施方式，第一金属层和/或第二金属层可具有相同或基 本上相同的层厚。

在156中，至少一个碳纤维、第一金属层和第二金属层可退火。

根据一个实施方式，至少一个碳纤维、第一金属层和第二金属层可同 时退火，例如，在单个处理步骤中。

根据另一个实施方式，在电镀第二金属层之前，可使至少一个碳纤维 和第一金属层退火。

根据另一个实施方式，退火温度可在从大约400℃到大约1000℃的 范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据另一个实施方式，退火时间可在从大约1h到大约10h的范围内。 根据其他实施方式，也能够具有其他值。

使至少一个碳纤维、第一金属层和第二金属层退火，可用于形成碳和 第一金属层的金属的共同相，例如，在至少一个碳纤维和第一金属层之间 的界面处，并且用于形成第一金属层的金属和第二金属层的金属的共同 相，例如，在第一金属层和第二金属层之间的界面处。

根据另一个实施方式，如在158中所示，可在第二金属层上电镀铜层。 在使至少一个碳纤维、第一金属层和第二金属层退火之后，可电镀铜层。 使用在本技术领域中同样众所周知的任何合适的电镀技术，可实现电镀金 属层。

第一金属层和第二金属层可用作粘合层，以能够粘合铜层或提高这种 粘合性，下面会进一步更详细地进行描述。

图2A示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法200。

在202中，可提供多个碳纤维（例如，具有多个碳纤维的一层）。碳 纤维的数量总体上可为任意数。

根据一个实施方式，多个碳纤维可配置为织物。换言之，多个碳纤维 可设置为形成织物，在本文中也称为碳纤维织物。根据一个或多个实施方 式，一个或多个（例如，所有）碳纤维可包括石墨。

根据另一个实施方式，至少一个（例如，多个，例如，所有）碳纤维 可具有的长度在毫米的范围内，例如，几毫米。根据其他实施方式，也能 够具有其他（例如，更高的）值。

根据另一个实施方式，至少一个（例如，多个，例如，所有）碳纤维 可具有的直径在从大约1μm到大约50μm的范围内。根据其他实施方式， 也能够具有其他值。

在204中，可在多个碳纤维上电镀（换言之，通过电镀进行沉积）金 属层。

金属层可包含金属或由金属组成，该金属与碳形成公共相并且与铜形 成公共相。

根据一个实施方式，金属可为铬（Cr）或锰（Mn）。

根据另一个实施方式，电镀金属层可包括脉冲电镀（在本文中也称为 脉冲电镀或电流脉冲沉积）或可由其实现。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲频率可在从大 约10kHz到大约1MHz的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他 值。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲高度可在从大 约4V到大约12V的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据其他实施方式，通过其他合适的电镀技术，可实现电镀金属层。

金属层可至少部分（例如，完全）涂覆至少一个（例如，多个，例如， 所有）碳纤维。

根据另一个实施方式，可沉积金属层，从而该金属层的层厚小于碳纤 维的直径，例如，大幅小于碳纤维的直径，例如，其层厚等于或小于碳纤 维直径的大约25%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约15%，例 如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约10%，例如，其层厚等于或小于 碳纤维直径的大约5%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约1%， 例如，其层厚在大约10nm到大约500nm的范围内。根据其他实施方式， 也能够具有其他值。最小的层厚可例如与金属层的结晶种子的尺寸对应。

在206中，多个碳纤维和金属层可退火。

根据一个实施方式，退火温度可在从大约400℃到大约1000℃的范 围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据另一个实施方式，退火时间可在从大约1h到大约10h的范围内。 根据其他实施方式，也能够具有其他值。

多个碳纤维和金属层可同时退火，例如，在单个处理步骤中。

使多个碳纤维和金属层退火，可用于形成碳纤维的碳和金属层的金属 的共同相，例如，在碳纤维和金属层之间的界面处。

在208中，可在金属层上电镀铜层。

在使多个碳纤维和金属层退火之后，可电镀铜层。

使用在本技术领域中同样众所周知的任何合适的电镀技术，可实现电 镀金属层。

金属层可用作粘合层，以能够粘合铜层或提高这种粘合性，下面会进 一步更详细地进行描述。

图2B示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法250。

在252中，可提供多个碳纤维（例如，具有多个碳纤维的一层）。碳 纤维的数量总体上可为任意数。

根据一个实施方式，多个碳纤维可配置为织物。换言之，多个碳纤维 可设置为形成织物，在本文中也称为碳纤维织物。

根据另一个实施方式，至少一个（例如，多个，例如，所有）碳纤维 可具有的长度在毫米的范围内，例如，几毫米。根据其他实施方式，也能 够具有其他（例如，更高的）值。

根据另一个实施方式，至少一个（例如，多个，例如，所有）碳纤维 可具有的直径在从大约1μm到大约50μm的范围内。根据其他实施方式， 也能够具有其他值。

在254中，可在多个碳纤维上电镀第一金属层。

第一金属层可包含金属或由金属组成，该金属与碳形成公共相并且与 镍形成公共相。换言之，金属和碳可形成至少一个公共相，并且镍和金属 可形成至少一个公共相。第一金属层的金属可与镍不同。

第一金属层可至少部分（例如，完全）涂覆至少一个碳纤维或多个碳 纤维。

在256中，可在第一金属层上电镀第二金属层，其中，第二金属层可 包含镍或由镍组成。

用作说明地，如上所述，第一金属层和第二金属层可配置为使第一金 属层的金属和碳可形成公共相，并且第一金属层的金属和镍可形成公共 相。

根据一个实施方式，第一金属层的金属可为铬（Cr）或锰（Mn）。

根据另一个实施方式，电镀第一金属层和/或电镀第二金属层可包括 脉冲电镀（在本文中也称为脉冲电镀或电流脉冲沉积）或可由其实现。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲频率可在从大 约10kHz到大约1MHz的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他 值。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲高度可在从大 约4V到大约12V的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据其他实施方式，通过其他合适的电镀技术，可实现电镀第一金属 层和/或电镀第二金属层。

根据另一个实施方式，可沉积第一金属层和/或第二金属层，从而这 些金属层的层厚小于碳纤维的直径，例如，大幅小于碳纤维的直径，例如， 其层厚等于或小于碳纤维直径的大约25%，例如，其层厚等于或小于碳纤 维直径的大约15%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约10%，例 如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约5%，例如，其层厚等于或小于 碳纤维直径的大约1%，例如，其层厚在大约10nm到大约500nm的范围 内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。最小的层厚可例如与第一和 /或第二金属层的结晶种子的尺寸对应。

根据另一个实施方式，第一金属层和/或第二金属层可具有相同或基 本上相同的层厚。

在258中，多个碳纤维、第一金属层和第二金属层可退火。

根据一个实施方式，退火温度可在从大约400℃到大约1000℃的范 围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据另一个实施方式，退火时间可在从大约1h到大约10h的范围内。 根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据另一个实施方式，多个碳纤维、第一金属层和第二金属层可同时 退火，例如，在单个处理步骤中。

使多个碳纤维、第一金属层和第二金属层退火，可用于形成碳和第一 金属层的金属的共同相，例如，在碳纤维和第一金属层之间的界面处，并 且用于形成第一金属层的金属和第二金属层的金属的共同相，例如，在第 一金属层和第二金属层之间的界面处。

根据另一个实施方式，在电镀第二金属层之前，可使多个碳纤维和第 一金属层退火。

在260中，可在第二金属层上电镀铜层。在使多个碳纤维、第一金属 层和第二金属层退火之后，可电镀铜层。使用在本技术领域中同样众所周 知的任何合适的电镀技术，可实现电镀铜层。

根据另一个实施方式，在第二金属层上电镀铜层之前，可活化第二金 属层的表面（例如，远离第一金属层的表面）。活化第二金属层的表面可 例如包括使该表面与酸（例如，盐酸，例如，浓盐酸或其他合适的酸）在 较短的时间间隔（例如，大约10s到大约20s）内进行接触，或者由其实 现活化该表面。根据另一个实施方式，在活化该表面之后，可清洁第二金 属层的表面。清洁表面例如可包括净化或通过净化实现清洁。通过活化和 /或清洁，例如可去除氧化层（在退火期间，其可形成在第二金属层的表面 上）。

根据另一个实施方式，例如，通过电流或通过热压，在电镀铜层之后 可能保持在多个碳纤维之间的空隙可装有铜或与铜连接。

图3示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法300。

在302中，可提供碳纤维织物。该织物可具有多个碳纤维。例如，可 根据在本文中所描述的一个或多个实施方式配置碳纤维。

在304中，可在织物上（例如，在多个碳纤维中的一个或多个上）电 镀第一金属层。第一金属层可包含铬或锰或由其组成。例如，使用脉冲电 镀，根据在本文中所描述的一个或多个实施方式可例如电镀第一金属层。

在306中，可在第一金属层上（例如，在涂有第一金属的碳纤维上） 电镀第二金属层。第二金属层可包含镍或由其组成。例如，使用脉冲电镀， 根据在本文中所描述的一个或多个实施方式可例如电镀第二金属层。

在308中，可使第一金属层和第二金属层退火。根据在本文中所描述 的一个或多个实施方式可例如进行退火。

在310中，可在第二金属层上电镀铜层。在使织物和第一和第二金属 层退火之后，可电镀铜层。使用在本技术领域中同样众所周知的任何合适 的电镀技术，可实现电镀铜层。

根据另一个实施方式，在第二金属层上电镀铜层之前，可活化和/或 清洁第二金属层的表面（例如，远离第一金属层的表面）。活化第二金属 层的表面可包括去除氧化层（其已经在退火期间形成），并且可例如包括 使该表面与酸（例如，盐酸，例如，浓盐酸或其他合适的酸）进行接触或 者由其实现活化该表面。在活化该表面之后，可清洁该表面，并且清洁该 表面例如可包括净化或通过净化实现清洁。

根据另一个实施方式，例如，通过电流或通过热压，在电镀铜层之后 可能保持在多个碳纤维之间的空隙可装有铜或与铜连接。

图4示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法400。

在402中，可提供具有多个碳纤维的织物。例如，可根据在本文中所 描述的一个或多个实施方式配置该织物和/或碳纤维。

在404中，可通过金属电镀碳纤维，以形成金属包覆的碳纤维。可根 据在本文中所描述的一个或多个实施方式进行电镀。该金属可选自与碳和 铜形成共同相的一组金属。例如，可根据在本文中所描述的一个或多个实 施方式选择该金属。

在406中，具有金属包覆的碳纤维的织物可退火。例如，可根据在本 文中所描述的一个或多个实施方式进行退火。

在408中，可通过铜电镀金属包覆的碳纤维。使用在本技术领域中同 样众所周知的任何合适的电镀技术，可实现电镀铜。根据一些实施方式， 在电镀铜之前，可通过镍电镀金属包覆的碳纤维。

图5示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法500。

在502中，可提供具有多个碳纤维的织物。例如，可根据在本文中所 描述的一个或多个实施方式配置该织物和/或碳纤维。

在504中，可通过包括第一金属层和设置在第一金属层上的第二金属 层的层堆栈，电镀碳纤维，以形成金属包覆的碳纤维。例如，可根据在本 文中所描述的一个或多个实施方式进行电镀。第一金属层可包含第一金属 或可由其制成，并且第二金属层包含第二金属或可由其制成。可选择第一 金属和第二金属，从而第一金属与碳形成至少一个公共相，并且第一金属 与第二金属形成至少一个公共相。例如，可根据在本文中所描述的一个或 多个实施方式选择第一金属和/或第二金属。例如，根据一个实施方式，第 一金属可为铬或锰。例如，根据另一个实施方式，第二金属可为镍。

在506中，可使具有金属包覆的碳纤维的织物退火。例如，可根据在 本文中所描述的一个或多个实施方式进行退火。

在508中，可通过铜电镀金属包覆的碳纤维。使用在本技术领域中同 样众所周知的任何合适的电镀技术，可实现电镀铜层。

图6示出了用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法。

在602中，可提供碳纤维织物。例如，碳纤维织物可具有多个碳纤维 或由其制成。例如，可根据在本文中所描述的一个或多个实施方式配置该 织物和/或碳纤维。

在604中，可在碳纤维织物上电镀第一金属层。例如，可根据在本文 中所描述的一个或多个实施方式进行电镀。第一金属层可包含与碳形成公 共相的金属或由其组成。例如，可根据在本文中所描述的一个或多个实施 方式选择金属。例如，根据一个实施方式，该金属可为铬或锰。

在606中，可在第一金属层上电镀第二金属层。例如，可根据在本文 中所描述的一个或多个实施方式进行电镀。第二金属层可包含与第一金属 层的金属形成公共相的金属或由其组成。例如，可根据在本文中所描述的 一个或多个实施方式选择金属。例如，根据一个实施方式，该金属可为镍。

在608中，可使碳纤维织物、第一金属层和第二金属层退火。例如， 可根据在本文中所描述的一个或多个实施方式进行退火。

在610中，可在第二金属层上电镀铜层。使用在本技术领域中同样众 所周知的任何合适的电镀技术，可实现电镀铜层。

图7A到图10B示出了在用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的 方法中的各种处理阶段。

图7A和图7B示出了可提供多个碳纤维702的平面图700和剖视图 750（与图7A中沿着线7B-7B’的横截面对应）。碳纤维702的数量总体上 可为任意数。碳纤维702例如可设置成束712，其中，如图所示，每一束 712可具有一个或多个碳纤维702。每束712碳纤维702的数量总体上可 为任意数，并且对于每束712而言，数量可相同，或者对于不同束712而 言，数量可不同。

如图所示，碳纤维702或碳纤维702的束712可设置为形成织物701。 换言之，根据一些实施方式，可提供被配置为碳纤维织物701的一层碳纤 维702。根据其他实施方式，可通过不同的方式设置碳纤维702。根据一 个或多个实施方式，一个或多个（例如，所有）碳纤维702可包括石墨。

至少一个（例如，多个，例如，所有）碳纤维702例如可具有的长度 在毫米的范围内，例如，几毫米。根据其他实施方式，也能够具有其他（例 如，更高的）值。

至少一个（例如，多个，例如，所有）碳纤维702例如可具有的直径 在从大约1μm到大约50μm的范围内。根据其他实施方式，也能够具有 其他值。

图8A和图8B示出了可在碳纤维织物701上电镀第一金属层703的 平面图800和剖视图850（与图8A中沿着线8B-8B’的横截面对应）。在沉 积第一金属层703之前，可选地预先清洁碳纤维织物701和/或去除其油污。

第一金属层703可包含金属或由金属组成，该金属与碳形成公共相， 并且与随后要沉积的镍形成公共相（见图9A和图9B）。

如图所示，第一金属层703可至少部分（例如，完全）涂覆至少一个 （例如，多个，例如，所有）碳纤维702。

例如，通过脉冲电镀，可实现电镀第一金属层703。

在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲频率可例如在从大约10kHz到大约 1MHz的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲高度可在从大 约4V到大约12V的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据其他实施方式，通过其他合适的电镀技术，可实现电镀第一金属 层。

可沉积第一金属层703，从而该金属层的层厚小于碳纤维702的直径， 例如，大幅小于碳纤维702的直径，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径 的大约25%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约15%，例如，其 层厚等于或小于碳纤维直径的大约10%，例如，其层厚等于或小于碳纤维 直径的大约5%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约1%，例如， 其层厚在大约10nm到大约500nm的范围内。根据其他实施方式，也能 够具有其他值。最小的层厚可例如与第一金属层703的结晶种子的尺寸对 应。

图9A和图9B示出了可在第一金属层703上电镀第二金属层704的 平面图900和剖视图950（与图9A中沿着线9B-9B’的横截面对应）。

第二金属层704可包含镍或由镍组成。如上所述，第二金属层的镍可 与第一金属层703的金属形成公共相。

如图所示，第二金属层704可至少部分（例如，完全）涂覆至少一个 （例如，多个，例如，所有）碳纤维702，该碳纤维涂有第一金属层703。

例如，通过脉冲电镀，可实现电镀第二金属层704。

在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲频率可例如在从大约10kHz到大约 1MHz的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据另一个实施方式，在脉冲电镀中使用的脉冲的脉冲高度可在从大 约4V到大约12V的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

根据其他实施方式，通过其他合适的电镀技术，可实现电镀第二金属 层704。

可沉积第二金属层704，从而该金属层的层厚小于碳纤维702的直径， 例如，大幅小于碳纤维702的直径，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径 的大约25%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约15%，例如，其 层厚等于或小于碳纤维直径的大约10%，例如，其层厚等于或小于碳纤维 直径的大约5%，例如，其层厚等于或小于碳纤维直径的大约1%，例如， 其层厚在大约10nm到大约500nm的范围内。根据其他实施方式，也能 够具有其他值。最小的层厚可例如与第二金属层704的结晶种子的尺寸对 应。

第一金属层703和第二金属层704例如可具有相同或基本上相同的层 厚。可选地，该层厚可不同。

可选择第一金属层703的金属，从而第一金属层703的金属为（例如， 根据相应的相图）例如通过由退火引起的固态扩散（换言之，移动和/或输 送固相原子）与碳形成至少一个共同相并且与镍形成至少一个共同相的金 属。

第一金属层的金属的实例包括铬或锰（用于第一金属），从图11到 14中可见，这些图分别示出了二进制系统碳-铬（C-Cr）、碳-锰（C-Mn）、 铬-镍（Cr-Ni）、锰-镍（Mn-Ni）的相图1100、1200、1300、1400。

具体而言，从图11中的相图1100中可见，碳（C）和铬（Cr）可形 成至少一个共同相。

而且，从图12中的相图1200中可见，碳（C）和锰（Mn）可形成 至少一个共同相。

而且，从图13中的相图1300中可见，铬（Cr）和镍（Ni）可形成至 少一个共同相。

而且，从图14中的相图1400中可见，锰（Mn）和镍（Ni）可形成 至少一个共同相。

而且，镍可适当地粘合至铜。

可选地，第一第二金属层703、704能够具有金属的其他组合。

用作说明地，第一金属层703和第二金属层704可用作粘合层，以能 够粘合随后要沉积的铜层705或提高这种粘合性（见图10A和图10B）。

碳纤维织物701（包括碳纤维702）、第一金属层703和第二金属层 704可退火，以形成公共相。

织物701和金属层703、704可例如退火，以降低到从大约400℃到 大约1000℃的温度范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

织物701和金属层703、704可例如退火，其持续时间在从大约1h 到大约10h的范围内。根据其他实施方式，也能够具有其他值。

在沉积第二金属层704之后，织物701、第一金属层703和第二金属 层704可同时退火，以形成公共相。换言之，可进行单个退火步骤，以使 织物701和金属层703、704退火。然而，在沉积第二金属层704之前， 也能够执行第一退火步骤，并且在沉积第二金属层704之后，也能够执行 第二退火步骤，以使织物701和金属层703、704退火。

使织物701、第一金属层703和第二金属层704退火，可用于形成（碳 纤维702的）碳和第一金属层703的金属（例如，铬或锰）的共同相，例 如，在碳纤维702和第一金属层703之间的界面处，并且用于形成第一金 属层703的金属（例如，铬或锰）和第二金属层704的金属的共同相，例 如，在第一金属层703和第二金属层704之间的界面处。

根据另一个实施方式，在使第二金属层704退火之后，例如，在浓盐 酸（例如，在大约10s到大约20s的较短时间间隔内）中可选地活化和/ 或清洁（例如，净化）远离第一金属层703的第二金属层704的表面（用 作说明地，第二金属层704的外表面）。

图10A和图10B示出了可在第二金属层704上电镀铜层705的平面 图1000和剖视图1050（与图10A中沿着线10B-10B’的横截面对应）。使 用在本技术领域中同样众所周知的任何合适的电镀技术，可实现电镀铜层 705。

根据另一个实施方式，例如，通过电流或通过热压，在电镀铜层705 之后可能保持在多个金属包覆的碳纤维702之间的空隙可装有铜或与铜连 接。

图10A和图10B用作说明地示出了根据一个实施方式的碳铜合成物。

碳铜合成物可包括多个碳纤维702。碳纤维702可例如设置为形成织 物701，也称为碳纤维织物。

碳铜合成物可进一步包括第一金属层703。第一金属层703可设置在 碳纤维702上。第一金属层703可包含金属或由金属组成，该金属与碳形 成公共相并且与镍形成公共相。

碳铜合成物可进一步包括第二金属层704。第二金属层704可设置在 第一金属层703上。第二金属层704可包含镍或由镍组成，第一金属层703 的金属可例如为铬或锰。可选地，可使用可满足上述条件的金属的任何其 他组合。

碳铜合成物可进一步包括铜层705。铜层705可设置在第二金属层704 上。

用作说明地，图10A和图10B示出了包括设置在一层碳纤维702和 铜层705之间的粘合层堆栈703/704的碳铜合成物，该层堆栈703/704包 括设置在彼此上的两个粘合层（换言之，在碳和铜之间建立或提高粘合性 的层），即，第一金属层703和第二金属层704。

根据一些实施方式，碳铜合成物可包括仅仅一个金属层，作为设置在 碳纤维702和铜层705之间的粘合层。在这种情况下，金属层可包含金属 或由其组成，该金属可与碳形成公共相并且与铜形成公共相，例如，铬或 锰。

在本文中所述的碳铜合成物可例如用作散热器，用于电子装置，例如， 功率电子装置或元件（例如，高功率模块）。为此，碳铜合成物可连接至 电子装置，例如，连接至电子装置的衬底。

在下文中，描述了各种实施方式的各方面和潜在影响。

根据各种实施方式，一个或多个碳纤维可通过电解涂有金属，该金属 （根据相应的相图）与碳形成至少一个公共相并且与铜形成至少一个公共 相，并且随后退火，以在碳-金属界面形成碳-金属相。金属层可解说性地 用作粘合剂或粘合层，用于随后要沉积的铜层（换言之，用作能够粘合铜 层或提高该粘合性的层）。

根据各种实施方式，一个或多个碳纤维可通过电解涂有金属层堆栈， 该金属层堆栈包括与碳形成至少一个公共相的第一金属（例如，铬或锰） 以及与第一金属形成至少一个公共相的第二金属（例如，镍），并且随后 退火，以在碳纤维和第一金属之间的界面处形成碳-金属相并且在第一金 属和第二金属之间的界面处形成金属-金属相。金属层堆栈可解说性地用 作粘合层堆栈，用于要与碳纤维耦合的铜层（换言之，用作能够在碳纤维 上粘合铜层或提高该粘合性的层堆栈）。

根据各种实施方式，可在一个或多个碳纤维（例如，碳纤维织物）上 电镀至少一个金属层，以用作粘合层或粘合剂，从而提高要在纤维上电镀 的铜层的粘合性。至少一个金属层可包含至少一个金属或由其组成（例如， 铬或锰），该金属与碳和铜形成至少一个公共相。

根据各种实施方式，在金属包覆的碳纤维上，即，在涂有粘合层的碳 纤维上，可电镀铜层，从而形成碳铜合成物。碳铜合成物可例如用作散热 材料。

因此，根据各种实施方式，根据碳铜合成物，可提供散热材料或散热 器，例如，用于功率电子装置或功率电子元件，例如，高功率模块（例如， IGBT（绝缘栅双极晶体管）模块）。

包括碳纤维和铜的碳铜合成物可具有热膨胀系数（CTE），与纯铜的 CTE相比，其更靠近硅的CTE。因此，在用作散热材料时，该碳铜合成物 可大幅减小热应力和芯片弯曲。

可见各种实施方式的一个方面在于，碳纤维可具有能够直接在晶片处 冷制造碳铜合成物的表面。

可见各种实施方式的另一个方面在于，提供方法，通过这些方法，碳 纤维和铜（CCu）的合成物可适合于适应多个温度循环。

可见各种实施方式的另一个方面在于，可消除或大幅减少用于制造 CCu合成物的上述传统方法的一个或多个缺点。

例如，与在传统方法中一样，不需要烧结工艺，以制造CCu合成物。 因此，能够直接在晶片处冷制造CCu合成物。而且，在铜电解液内不需 要任何添加剂，以提高铜的粘合性。

可见各种实施方式的另一个方面在于，可提供可适合于热循环的CCu 合成物，例如，可抵抗多个温度循环而不或者基本上不退化的CCu合成 物。

根据各种实施方式，在碳纤维上提供至少一个粘合剂。通过金属的电 流涂覆，可实现粘合剂，该金属与碳形成至少一个公共相，以及与随后沉 积的铜形成至少一个公共相。

金属的实例包括例如铬和锰，通过水溶液电解，可比较容易地沉积这 些金属。

根据一些实施方式，在沉积第一金属层（铬或锰层）之后，镍层可作 为额外的（第二）中间层进行沉积，第一金属层与铬和锰形成公共相。

根据各种实施方式，通过温度处理（退火），可在碳和第一金属之间 形成公共相。根据一些实施方式，在具有第二金属（镍）时，可进行退火。

根据一些实施方式，例如，通过使氧化金属层与酸（例如，浓盐酸） 进行接触，可去除在退火期间在第二金属层（镍层）的表面上可能生成的 氧化层，从而活化表面，用于随后进行电解铜电镀。

根据一些实施方式，碳纤维可具有双预涂，包括第一电流沉积的金属 层（例如，铬或锰层）和在第一金属层上沉积的第二电流沉积的金属层（镍 层）。

根据一些实施方式，使用电流脉冲沉积，可在碳纤维上沉积一个或多 个金属层。由于随着在要沉积的金属的开始物种（即，电解液）和最终状 态（即，金属薄膜）之间的化学势的差异的增大，结晶种子变小，所以通 过电流脉冲沉积，可实现非常薄的和/或均匀的涂覆。例如，通过电流脉冲 沉积，可实现减小到大约种子大小的层厚。

图15A和图15B示出了两个电子显微照片，其阐述了镍在硅上进行 电流脉冲沉积的种子形成，其中，图15B为图15A的一部分的放大图。 作为一个实例，该显微照片用于阐述脉冲电流的脉冲高度和/或脉冲宽度可 影响金属涂层的种子的尺寸、密度和/或层厚的方式。这些示图显示了通过 电流脉冲沉积可实现非常薄的层厚。

减小金属涂层（即，一个或多个粘合层）的厚度，可提高碳铜合成物 的导热性和/或导电性。

根据一些实施方式，可提供粘合层堆栈，用于对碳纤维-铜合成物材 料进行冷电解制造，其中，通过在水溶液内进行电解沉积（例如，电流脉 冲沉积），在（例如，预先清洁的并且去除油污的）碳纤维织物上，沉积 第一金属，例如，铬或锰（或与碳和镍形成公共相的任何其他材料），并 且其中，随后，在第一金属上（也通过电解沉积，例如，电流脉冲沉积） 沉积镍。粘合金属可比碳纤维的直径薄得多。随后，具有金属粘合层堆栈 的碳纤维织物可退火（换言之，加热或回火）。随后，可在较短的时间间 隔内在浓盐酸内活化镍表面，并且净化该表面。随后，通过电解沉积，可 沉积铜。例如，通过电流或通过热压，可能剩余的空隙可与铜连接。

一种用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法可包括：提供第 一层，所述第一层具有多个碳纤维或者由其制成；在第一层上电镀金属层， 所述金属层包含金属或由金属组成，所述金属与碳形成公共相并且与铜形 成公共相；至少使第一层和金属层退火；在所述金属层上电镀第二层，所 述第二层包含铜或由铜组成。

一种用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法可包括：提供第 一层，所述第一层具有多个碳纤维或者由其制成；在第一层上电镀第一金 属层，所述第一金属层包含第一金属或由第一金属组成，并且在所述第一 金属层上电镀第二金属层，所述第二金属层包含第二金属或由第二金属组 成，其中，选择第一金属和第二金属，从而第一金属与碳形成公共相，并 且第一金属和第二金属形成公共相；使第一层、第一金属层以及第二金属 层退火；在第二金属层上电镀第二层，所述第二层包含铜或由铜组成。

一种用于根据另一个实施方式制造碳铜合成物的方法可包括：提供具 有多个碳纤维的织物；在所述织物上电镀至少一个金属层，所述至少一个 金属层包含金属或由其组成，所述金属与碳形成至少一个公共相并且与铜 形成至少一个公共相；使所述织物和所述至少一个金属层退火；在所述至 少一个金属层上电镀铜层。

一种根据另一个实施方式的碳铜合成物可包括：第一层，所述第一层 包含多个碳纤维或者由其组成；金属层，其设置在所述第一层上，所述金 属层包含金属或由金属组成，所述金属与碳形成公共相并且与铜形成公共 相；第二层，其设置在所述金属层上，所述第二层包含铜或由其组成。

根据各种实施方式，一种用于制造碳铜合成物的方法可包括：提供碳 纤维织物；在碳纤维织物层上电镀第一金属层，所述第一金属层包含金属 或由金属组成，所述金属与碳（例如，铬或锰）形成公共相；在所述第一 金属层上电镀第二金属层，所述第二金属层包含镍或由镍组成；使碳纤维 织物、第一金属层和第二金属层退火；在第二金属层上电镀铜层。

根据各种实施方式，一种用于制造碳铜合成物的方法可包括：提供具 有多个碳纤维的织物；通过至少一个金属电镀碳纤维，以形成金属包覆的 碳纤维，所述至少一个金属选自与碳形成至少一个公共相并且与铜形成至 少一个公共相的一组金属；使具有金属包覆的碳纤维的织物退火；通过铜 电镀金属包覆的碳纤维。

根据各种实施方式，一种用于制造碳铜合成物的方法可包括：提供具 有多个碳纤维的织物；通过包括第一金属层和设置在第一金属层上的第二 金属层的层堆栈，电镀碳纤维，以形成金属包覆的碳纤维，第一金属层包 含第一金属或由其制成，并且第二金属层包含第二金属或由其制成，其中， 选择第一金属和第二金属，从而第一金属与碳形成公共相并且与第二金属 形成公共相；使具有金属包覆的碳纤维的织物退火；通过铜电镀金属包覆 的碳纤维。

虽然已经特别参照具体实施方式显示和描述了本发明，但是本领域的 技术人员应理解的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围和精 神的情况下，可在其内进行形式和细节上的各种变化。因此，本发明的范 围由所附权利要求表示，并且因此，旨在包括在权利要求的等同的意义和 范围内发生的所有变化。