[发明专利]一种电子封装用Cu/Ag(Invar)复合材料的制备方法

说明书

一种电子封装用Cu/Ag(Invar)复合材料的制备方法，采用主盐为AgNO₃，还原剂为KNaC₄H₄O₆的化学镀溶液体系对平均粒径为25‑50 um的Invar粉体进行化学镀Ag，制备出化学镀Ag(Invar)复合粉体，以Ag(Invar)复合粉体与平均粒径为25‑50 um的Cu粉为原料，按照30‑50 wt%Cu的成分配料后，加入原料粉体总量0.5wt%的硬脂酸锌作为润滑剂，双轴滚筒混料，300‑600 MPa单向压制，高纯H₂气氛保护，650‑800℃保温1‑3 h常压烧结制备Cu/Ag(Invar)复合材料，并采用多道次冷轧+退火的形变热处理工艺实现复合材料的近完全致密化。采用上述工艺制备的40 wt%Cu/Ag(Invar)复合材料可达致密度99%，硬度为HV256，热膨胀系数11.2×10^‑6 K^‑1，热导率53.7 W·(m·K)^‑1，综合性能优异，可用作高性能电子封装热沉材料。

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料的制备方法，具体地说是一种Cu/Ag(Invar)复合材料的制备方法，属于新材料及其制备工艺领域。

背景技术

Cu/Invar合金复合材料综合了Cu的高导电、高导热性能和Invar合金零膨胀特性，可望成为一种理想的新型电子封装热沉材料，满足超大规模集成电路及电力电子器件发展对封装材料高热耗散、与半导体和陶瓷基板低热膨胀系数失配及高可靠性的性能需求。但该金属基复合材料的开发利用需要解决：1)烧结制备过程中易发生Cu/Invar界面原子扩散，导致复合材料中Cu及Invar合金组分成分变化，从而导致Cu导电、导热性能及Invar合金低热膨胀性能严重下降；2)复合材料致密化等的关键技术问题。本发明采用Invar合金粉体颗粒表面化学镀的方法在Cu/Invar界面设置Ag阻挡层，有效抑制Cu/Invar界面原子扩散，并采用粉末冶金+形变热处理(冷轧+退火)工艺实现近完全致密化成型，从而制备出一种用于电子封装的高性能Cu/Ag(Invar)复合材料。

目前，常见的Cu基复合材料制备方法主要有：热压固结法、挤压铸造法、真空压力浸渍法、粉末冶金法等。由于热压固结法、挤压铸造法、真空压力浸渍法制备工艺复杂，对设备要求高，成本高昂，难以大批量生产；挤压铸造法还因为制备过程中要施加的压力较大，难生产形状复杂和壁薄的复合材料，易出现氧化夹杂物、孔洞、气泡等缺陷；真空压力浸渍法还因为需要第二相增强体作为骨架，对增强体含量有一定要求。粉末冶金法具有：1) 烧结温度低，可有效降低复合材料体系中的界面扩散与反应；2) 易于实现增强体含量的连续变化，实现增强体在基体中均匀分布，提高了材料结构与性能的一致性；3) 工艺简单易行，成本较低等优点，因此，成为制备Cu/Ag(Invar)合金复合材料优选的工艺。但是，粉末冶金难以实现Cu/Ag(Invar)合金复合材料的完全致密化，本发明形变热处理工艺，即多道次冷轧工艺进一步提高该复合材料的致密度，接近完全致密，冷轧后的坯体再经过退火处理消除复合材料内部的残余应力、消除组织畸变，从而大大优化复合材料的显微组织结构，提高复合材料性能。上述Cu/Ag(Invar)合金复合材料的材料设计及制备方法均为本发明专利独创，国内外未见公布。

发明内容

本发明旨在提供一种Cu/Ag(Invar)合金复合材料的制备方法，所要解决的技术问题是通过优化界面设计及工艺参数，改善Cu/Ag(Invar)合金复合材料的组织结构，提高其力学及热物理性能。

本发明采用化学镀工艺制备Ag包Invar的Ag(Invar)合金粉体，并与一定量的Cu粉体配料混合，采用常压烧结的粉末冶金工艺实现Cu/Ag(Invar)合金复合材料的低成本制备，再采用冷轧+退火的形变热处理工艺，实现复合材料的致密化。复合材料的力学及热物理性能大幅提高，满足电子封装领域对热沉材料日益提高的性能要求，促进相关产业发展。