[发明专利]一种高导热铜基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子封装材料技术领域，特别设计一种高导热铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

电子封装趋于小型化而使芯片集成度迅速增加，导致发热量提高，电路工作温度不断上升。纯铜的热导率为401W/m·K，热膨胀系数高达16.5×10^-6/K，因此为了利用铜如此高的导热率，又避免在应用过程中过大热膨胀系数造成的热应力，一种方法是通常在铜中加入热膨胀系数较小的W、Mo和低膨胀合金(如FeNi合金)等粉末，即为现在电子封装材料领域常用的W/Cu、Mo/Cu和Invar/Cu材料。此类铜基复合材料的具有高的导电、导热性，同时具有W、Mo的低膨胀性能，但是在电子封装日趋小型化、轻质化的今天，此类材料的密度太大，增加了封装质量，并且气密性差，影响封装性能。

另一种方法是铜基复合材料可以采用低密度、高热导、低膨胀的无机材料作为增强体。此类铜基复合材料既具有金属特有的良好延展性与导电、导热性，又具有陶瓷的低膨胀、低密度性能，用于功率器件封装的底座、IC封装的外壳、热沉或散热基板及LED热沉或散热基板等，此类材料的需求颇为巨大，市场前景广阔。此类铜基复合材料在应用中存在的主要问题就是难加工，难制备出薄壁、结构复杂器件，而现有的制备方法主要有粉末冶金法或在增强体颗粒中直接熔渗金属法，这些制备方法都不可避免的面临以上的问题。因此，为了使这种性能优异的铜基复合材料得到推广应用，综合考虑后续加工问题，寻找一种可以实现近净成形，减少后续加工的制备方法显得优为重要。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足，特别提出了一种高导热铜基复合材料及其制备方法。

本发明技术方案如下：

一种高导热铜基复合材料，该复合材料由增强体和粘结剂经预制件的注射成形工艺，制成增强体预制件，其中增强体颗粒的尺寸为7～60μm，由碳化硅颗粒、金刚石颗粒或氮化铝颗粒中的一种或两种组成；将铜基体直接放在该增强体预制件上，其中铜基体为电解铜或无氧铜，增强体与铜基体的体积比为50-75％∶25-50％，经压力浸渗工艺制成。

所述粘结剂为石蜡基粘结剂，且增强体和石蜡基粘结剂的体积比为50-75％∶25-50％。

所述金刚石颗粒为未镀覆颗粒或镀钛、铜、钨或钼的金属层颗粒。

一种高导热铜基复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)预制件的注射成形工艺：

a、将增强体颗粒和石蜡基粘结剂按照体积比为50-75％∶25-50％进行配制，并在120-150℃下混炼机上混料0.5-1小时，冷却后破碎成粉末，其中增强体颗粒尺寸为7～60μm，由碳化硅颗粒、金刚石颗粒或氮化铝颗粒中的一种或两种组成，所述金刚石颗粒为未镀覆颗粒或镀钛、铜、钨或钼的金属层颗粒；

b、将该粉末在注射成形机上制备出预制件坯体；

c、将该预制件坯体在汽油中浸泡至少24小时后，进行粘结剂的萃取脱脂，自然风干；

d、将风干后的预制件坯在900-1200℃的氢气气氛下进行热脱脂和预烧结；(2)压力浸渗工艺：

a、将预制件放入石墨模具中，铜基体直接放在增强体预制件上，其中铜基体为电解铜或无氧铜，且增强体与铜基体的体积比为50-75％∶25-50％；

b、放入真空压力熔渗炉中，抽真空，同时升温；

c、真空压力炉真空度达到0.01-1Pa，温度升至1100-1200℃时开始压渗金属铜基体；

d、炉冷，退模。

本发明的有益效果：

(1)本发明中铜基复合材料的热导率均比相同增强体体系的铝基复合材料高，另外材料本身密度低，热膨胀系数小，满足了封装材料轻质量的要求，降低了封装过程中由于热膨胀系数较大引起的热应力，此类铜基复合材料将广泛地应用于功率器件封装的底座、IC封装的外壳、热沉或散热基板及LED热沉或散热基板等。

(2)本发明预制件的制备采用了注射成形工艺，采用此工艺的优点是因为颗粒增强的铜基复合材料在后续加工较难，为了将铜基复合材料用在器件上，采用近净成形工艺可以制备薄壁及复杂结构的器件。

(3)本发明在真空压力炉中预制件中熔渗金属铜，一方面真空环境保护了铜金属不被氧化，另一方面通过压力可以强行将金属熔渗到预制件的孔隙中，克服铜合金与颗粒增强体之间润湿性差的问题，以保证制备出性能优异的铜基复合材料。

附图说明：

图1铜基复合材料的制备工艺流程图

具体实施方式

下面通过具体实施方式与附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1：