[实用新型]一种金刚石铜/铜复合板

说明书

本实用新型公开了一种金刚石铜/铜复合板，属于电子封装材料技术领域。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、铜薄板互相交替组成，且两侧的最外层为金刚石铜薄板；相比普通无氧铜微通道或宏通道热沉，本实用新型金刚石铜/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

本实用新型涉及一种金刚石铜/铜复合板，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，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）的无氧铜之间还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

本实用新型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，为进一步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提供一种新的技术方案。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：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）。

金刚石铜薄板（1）为表面镀膜或不镀膜的金刚石颗粒增强铜基复合材料，厚度为0.05~10mm；当表面镀膜时，所述表面镀膜为钛、铬、钨、锆、铌、钒、硅、硼、钼中的一种或多种薄膜，厚度为1~1000nm；金刚石粒径为10~200μm，金刚石体积分数为10%~90%；铜基体为纯铜或铜合金；当所述铜基体为铜合金时，铜合金为含有钛、铬、钨、锆、铌、钒、硅、硼、钼、碲、硒、铁、锂、稀土金属中的一种或多种的铜合金，合金元素质量分数为0.05%~10%；金刚石颗粒与金属基体之间还存在1~5000nm厚的碳化物层，所述碳化物为碳化钛、碳化铬、碳化钨、碳化锆、碳化铌、碳化钒、碳化硅、碳化硼、碳化钼中的一种或多种。

铜薄板（2）为纯铜或铜合金，厚度为0.05~10mm；当铜薄板（2）为铜合金时，该铜合金含有钛、铬、钨、锆、铌、钒、硅、硼、钼、碲、硒、铁、锂、稀土金属中的一种或多种的铜合金，合金元素质量分数为0.05%~10%。

所述金刚石铜薄板（1）和铜薄板（2）上分别设置有不同形状的镂空结构，所形成的复合板内有可供流体介质通过的通道。