[发明专利]一种制备钨铜热沉和电子封装材料的工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属间复合材料的制备工艺领域，特别涉及一种制备钨铜复合材料的工艺。 

背景技术

钨铜合金是由钨和铜所组成的两相均匀分布的既不固溶又不形成化合物的一类复合材料，兼有铜的高导电、导热性能，以及钨的高熔点、低热膨胀等性能。由于理想的热沉和电子封装材料，必须满足以下几个基本要求：材料的导热性好，能够将半导体芯片在工作时产生的热量及时散发出去；材料的热膨胀系数要与单晶硅和砷化镓等芯片相匹配，以避免芯片的热应力损坏；材料要有足够的强度和刚度，对芯片起到支撑和保护作用；材料的制造成本要尽可能低，以满足大规模商业化应用的要求。而钨铜合金作为一种复合材料，一方面利用了铜的优良的导热性能，另一方面利用了钨的低膨胀性能，而且可通过钨铜配比的变化来设计和调整材料的热膨胀系数，使之完全与芯片相匹配，同时钨铜合金也具有足够的强度和刚度，可焊性也好，因而钨铜合金成为首选的热沉和封装材料。 

目前，市场上的钨铜热沉和封装材料的品质尚不够优良，成本也太高，成为制约其发展的主要瓶颈之一。因此，对钨铜热沉和封装材料研发的主攻方向是提高性能的同时降低成本。现有的制备钨铜热沉和封装材料的工艺有：混合法、熔渗法、纳米复合粉烧结法等。混合法生产出的钨铜合金密度偏低(仅有理论密度的95％)，导电和导热性能均不良，因而限制了该技术及材料大规模的推广及应用。熔渗法易产生微孔、孔洞及氧化物残渣等，会大大降低材料的稳定性，而且对材料成分有很大的限制。采用纳米复合粉烧结，其中纳米级合金粉需经球磨，成本高，易引入新杂质，且成型剂不易脱尽，因此难以实现大批量生产。另外，无论采用何种工艺制备的钨铜合金在后续的磨加工过程中都极易出现热变形，为避免这种热变形，目前普遍使用的平面磨削加工方法只能减少进给量，还要频繁换面磨削，严重影响了磨削加工的效率；而且，钨铜合金没有磁性，热沉和封装材料薄片在磨床上很难有效装卡，这也给磨削加工带来了困难。 

发明内容

本发明克服现有制备钨铜热沉和电子封装材料工艺中存在的缺陷和不足，提供一种新的制备钨铜热沉和电子封装材料的工艺，采用本发明工艺制备的钨铜热沉和电子封装材料结 构均匀致密、性能得到显著提高的同时生产工艺合理、生产效率高、生产成本得到显著降低。 

本发明所采用的技术方案如下： 

一种制备钨铜热沉和电子封装材料的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤： 

A、粉末准备 

取纯度≥99.95％，平均费氏粒度为3～8微米的钨粉，取纯度≥99.95％，平均粒度为-300目的电解铜粉待用； 

B、添加诱导剂及混料 

将所述电解铜粉作为诱导剂与所述钨粉在粉末混料机中混合均匀； 

C、压制成型 

包括：将所述混合料按照预定形状模压自动成型，和对模压自动成型后的钨铜生坯进行等静压复压处理； 

D、预烧结 

对步骤C压制成型后的钨铜生坯在钼丝炉中进行预烧结，得到钨铜合金坯体； 

E、液铜浸渗 

在渗铜炉中盛装纯度≥99.95％的液态电解铜，将预烧结得到的钨铜合金坯体浸入1200℃～1400℃的所述液态电解铜中进行液铜浸渗处理1～2.5个小时，该处理过程在还原性气体或还原性气体和惰性气体的混合气的保护下进行，而后将钨铜合金坯体从液态电解铜中提出，进行冷却，得到钨铜合金； 

步骤B中所述电解铜粉的加入量占所述钨铜合金总重量的0～6％，步骤B中所述电解铜粉的加入量与步骤E中所述液态电解铜的渗入量之和占钨铜合金总重量的15～25％。 

在步骤E之后，还包括对所述的钨铜合金进行双面磨削加工，得到钨铜热沉和电子封装材料成品。 

步骤C中所述的模压自动成型为，将所述混合料置于与预定形状相应的模具内，并在压机上压制成型，压机的压强为60～180MPa。 

步骤C中所述的等静压复压为，将模压自动成型后的钨铜生坯用包套材料进行真空封装，然后在等静压机上等静压，等静压机的压强为150～260MPa。 

所述包套材料为铝塑复合膜。 

步骤E中所述的还原性气体为氢气，所述的惰性气体为氮气。 

步骤E中将所述钨铜合金坯体以0.3～0.8mm/s的速度浸至液态电解铜中，渗铜完成后，以1～4mm/s的速度从液态电解铜中提出。 

将所述钨铜合金坯体提出液态电解铜表面后，在液态电解铜上方停留20～100s，再进行冷却处理。 

本发明的技术效果如下：