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电子封装用低膨胀高导热钨铜复合材料的工艺研究

宁超  
【摘要】:集成电路集成规模的日益提高,电路工作时发热量亦相应有很大的升高,从而对具有良好的导热性和与集成电路芯片相匹配的膨胀系数的新材料提出了迫切的需求。鉴于钨铜金属基复合材料具有低膨胀及高导热的优异特性,并且上述性能在一定范围内可实现调节控制的特点,故本研究旨在通过成分设计、制备方法选择及工艺参数优化的深入探讨,研究其关键的制备技术并制备符合封装热沉要求的材料。 本研究以W-15Cu为例,对其进行制备方法的选择及关键工艺参数的优化控制。工艺试验的结果表明:在还原性气氛下,采用粉末预处理、添加诱导铜粉、高压压制钨骨架、熔渗烧结等工艺流程是制备高致密度的低膨胀高导热钨铜金属基复合材料的有效且可行的途径。进而,通过深入探讨各工艺参数对材料性能和组织结构的影响,获得如下主要结果: (1)粉末预处理、钨粉粒径、诱导铜粉的加入、粉末纯度等因素影响钨粉的压制性能;钨骨架中孔隙数量及分布、烧结温度对熔渗烧结有关键的影响,但烧结时间、升降温速率则对材料烧结性能影响不大; (2)还原性气氛可以避免原料的氧化,提高熔渗效率,诱导剂的加入可以改善生坯的压制性能,并可以提高熔渗时铜液的流动性,诱导剂的含量在2.5~5%时较为适宜; (3)钨粉的粒径及粒径组成对熔渗具有显著的影响,钨粉粒径5~9μm左右时,钨铜复合材料的显微组织中钨铜两种组元分布较为均匀,缺陷较少; (4)适宜的钨骨架的预烧温度为1000℃,熔渗温度为1350℃。 通过上述优化工艺制备的钨铜复合材料,其热膨胀系数小于8×10~(-6)/K,导热系数约为176.6W/(m·K),密度为16.13~16.58g/cm~3,满足了封装及热沉用材料应用的技术要求。本研究的主要结果为电子封装及热沉用钨铜复合材料的产业化和工业应用提供了一定的技术依据。


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