[发明专利]一种金刚石铜/铜复合板及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金刚石铜/铜复合板及其制备方法和应用，属于电子封装材料技术领域。本发明通过预加工、装配、连接、后加工四个步骤，将交替放置的金刚石铜薄板和铜薄板连接成为一体，得到金刚石铜/铜复合板；在预加工步骤中对金刚石铜薄板和铜薄板进行镂空加工，得到带有通道的微通道或宏通道热沉（或散热器）；相比普通无氧铜微通道或宏通道热沉（或散热器），本发明制备的金刚石铜/铜复合板具有热导率和抗弯强度更高、热膨胀系数与半导体芯片匹配的特点，封装结构和封装工艺进一步简化，半导体器件的散热能力、可靠性和质量稳定性明显提高。

技术领域

本发明涉及一种金刚石铜/铜复合板及其制备方法和应用，尤其涉及一种带有通道的金刚石铜薄板与铜薄板交替排列的复合板及其制备方法和应用，属于电子封装材料技术领域。

背景技术

散热问题已经成为影响功率半导体、激光二极管、大功率LED、超算芯片等半导体功率器件工作效率、可靠性和使用寿命的最大杀手之一。无氧铜材质的微通道和宏通道热沉（或散热器）是将多层无氧铜薄板利用自扩散或压力焊的方法结合在一起得到的一种带有通道的热沉（或散热器）。由于这类热沉（或散热器）具有体积小、散热效率高的特点，在功率半导体和激光二极管领域已经得到了比较广泛的应用。

但是，这种热沉（或散热器）存在三个方面的问题：第一，无氧铜的热导率仅为380~400 W/mK，无法满足大功率半导体器件更高散热效率的需要；第二，由于无氧铜的热膨胀系数为16.5~17.0×10^-6/K，与半导体芯片的热膨胀系数之间存在较大的失配，因此通常还需要在二者之间加一层WCu、MoCu、AlN、BeO、SiC/Al等材料作为过渡，不仅延长了散热路径，而且也增加了封装结构和工艺的复杂性，给封装产品的稳定性带来影响，同时也增加了成本，增加的WCu、MoCu、AlN、BeO、SiC/Al等过渡材料与微通道或宏通道热沉（或散热器）的无氧铜之间依然存在热膨胀系数不匹配而产生热应力；第三，无氧铜的抗弯强度比较低，特别是经过回流焊接后，强度会进一步降低，不可避免地会出现弯曲变形，给芯片的封装和质量的一致性以及可靠性带来不利影响。

金刚石铜材料，即金刚石颗粒增强铜基复合材料，由于热导率远远高于现有WCu、MoCu、SiC/Al材料，热膨胀系数可通过控制金刚石体积含量调节至与半导体芯片或陶瓷基板匹配，且抗弯强度高于无氧铜，近年来受到相关科研机构和企业的广泛关注。但是，由于该材料是以自然界中硬度最高的金刚石作为增强相，使得该材料的加工问题成为限制其广泛应用的障碍，因此目前还没有用金刚石铜材料制作微通道或宏通道热沉（或散热器）的报道。

发明内容

本发明的目的是解决目前微通道和宏通道热沉（或散热器）存在的热导率不高、热膨胀系数与半导体芯片不匹配、抗弯强度较低问题，简化封装结构和封装工艺，提升半导体器件的散热能力，从而提升可靠性和质量稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种金刚石铜/铜复合板及其制备方法和应用，其特征在于该金刚石铜/铜复合板由总层数为奇数且不少于3层的金刚石铜薄板（1）、铜薄板（2）互相交替组成，且两侧的最外层为金刚石铜薄板（1），其制备方法以下步骤：第一步，预加工：包括金刚石铜薄板（1）的预加工和/或铜薄板（2）的预加工，所述预加工包括整平、表面研磨、镂空加工、清洗、镀膜中的一个或多个工序；第二步，装配：将预加工好的金刚石铜薄板（1）和铜薄板（2）按照金刚石铜薄板（1）、铜薄板（2）互相交替的顺序依次整齐地叠放在一起，且叠放后最外侧为金刚石铜薄板（1），得到总叠放层数为不少于3层的奇数层的装配体；第三步，连接：采用电阻焊、缝焊、热扩散、压力焊、真空热压烧结、放电等离子体烧结中的一种或多种将上述装配体连接成为一个整体，得到金刚石铜/铜复合板半成品；第四步，后加工：将上述金刚石铜/铜复合板半成品进行切割、整平、研磨、清洗、镀膜中的一个或多个工序处理后，即得金刚石铜/铜复合板。