CN102051498A - 钨铜、钼铜合金热沉材料及制备方法 - Google Patents

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张远
朱德军
魏滨
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Abstract

本发明是关于对钨铜、钼铜合金热沉材料的改进，其特征是钨铜合金板面有众多Z向穿通通孔，各通孔中铆嵌有与板两面齐平的铜芯，使所述热沉材料线膨胀系数为6-8ppm/℃，热导率较未铆嵌铜芯至少增加10％及以上。相对于未嵌铜芯，大大提高了其Z向热传导，可以将基板封装内面热量迅速传导给封装外面，使热量得到迅速散发，热导率可以较未铆嵌铜芯至少增加10％以上，有利于实现封装器件的小型化和高功率；芯柱形成的铆嵌型可以确保气密性要求，样品测试漏气率≤5×10-9Pa/m3/s。本发明制备方法简单，可以实现产业化生产。

Description

钨铜、钼铜合金热沉材料及制备方法
技术领域
本发明是关于对钨铜合金热沉材料的改进，尤其涉及一种线膨胀系数符合要求，且热导率高的钨铜合金热沉材料。
背景技术
钨铜、钼铜合金热沉材料，是一种常用于例如CPU、IC、固态微波管等高气密性封装热沉基片。然而其热导率仍然不理想，为此人们努力改进提高。人们为提高其导热性、散热性能，通常采用增加其中铜的含量，然而铜含量的增加，虽然能提高合金热沉材料的导热性能，但作为热沉材料的另一性能要求，则要求其线膨胀系数CTE，要尽可能与芯片匹配，然而过量提高铜含量，会导致热沉材料线膨胀系数与芯片的不匹配，工作长期热胀冷缩过程，易因热膨胀不一致，造成芯片损坏失效。理想的热沉材料，应是线膨胀系数CTE，基本与芯片匹配，而又具有尽可能高的导热性能，特别是Z向(厚度)导热性，使封装芯片等电子器件热量，得以迅速导出，以提高其功率密度，实现高功率，减小体积实现器件的小型化。
发明内容
本发明目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种Z向热传导性能明显优于现有相同合金热沉材料，且线膨胀系数基本保持不变的钨铜、钼铜合金热沉材料。
本发明另一目的在于提供一种上述钨铜、钼铜合金热沉材料制备方法。
本发明目的实现，主要改进是在得到的钨铜、钼铜合金热沉材料，面上开设有众多Z向穿通的通孔，并在各通孔中铆嵌有伸至上下平面的铜柱芯，从而通过增设铜柱芯的高热传导，提高了Z向快速导热性能，克服了现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明钨铜、钼铜合金热沉材料，包括由钨、铜或钼、铜微粒混合制成的合金，其特征在于合金板面有众多Z向穿通通孔，各通孔中铆嵌有与板两面齐平的铜芯，使所述热沉材料线膨胀系数为6-8ppm/℃，热导率较未铆嵌铜芯至少增加10％及以上。
本发明所说钨铜、钼铜合金热沉材料，其钨铜、钼铜合金热沉材料基板制备同现有技术，例如按现有技术熔渗法或混粉法制备，此属于现有技术，并且钨、铜或钼、铜比例，视封装芯片要求而定，此也为现有技术，即基板制备不属本专利限定之列。
铆嵌穿透铜芯，可以是均布于整个板面，也可以是主要集中于安放于芯片等器件区域。其开孔形式，可以是小孔多孔方式，也可以是大孔少孔方式。总开孔面积，视钨铜、钼铜比例，以满足线膨胀系数为6-8ppm/℃，热导率较未铆嵌铜芯增加10％及以上，最好为使其热导率较未铆嵌铜芯增加20％或以上。所述铜芯截面形状，可以是圆形，也可以是其他多边形，为有利于打孔生产，本发明较好采用圆柱结构铜芯。铜芯两端面与两面板面齐平，有利于快速导热。铆嵌结构，使得嵌入铜芯形成类似铆钉形式，与通孔周面形成紧配合，与原基板共同导热，并且保证较高的气密性。
本发明另一目的实现，钨铜、钼铜合金热沉材料制备方法，其特征在于在钨铜、钼铜合金热沉材料板面加工惯通孔，插入铜芯柱或用熔融铜液填充，加工两面使铜芯与板面齐平。
本发明所说，插入铜芯柱，可以是单个铜芯逐孔插入，也可以将铜板加工成与开孔合金热沉材料孔对应的钉板，整体插入，本发明尤其采用后者。
所说熔融铜液填充，可以是将开孔合金热沉材料，放入熔融铜溶液中充填，也可以用熔融铜溶液浇注填孔，冷却后磨加工两面。
本发明钨铜合金热沉材料，相对于现有技术，由于在钨铜合金热沉材料面上开有Z向(厚度)通孔，铆嵌结构铜芯，大大提高了其Z向热传导，可以将基板封装内面热量迅速传导给封装外面，使热量得到迅速散发，热导率可以较未铆嵌铜芯至少增加10％以上，有利于实现封装器件的小型化和高功率；芯柱形成的铆嵌型可以确保气密性要求，样品测试漏气率≤5×10-9Pa/m3/s。本发明制备方法简单，可以实现产业化生产。
以下结合若干个示例性实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案的限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
附图说明
附图为本发明钨铜合金热沉材料结构示意图。
具体实施方式
实施例1：参见附图，选用45mm×45mm×1.1mm、钨含量为85wt％的钨铜板1，按计算好比例打穿透孔。然后再选用45mm×45mm×1.3mm的无氧铜片，在无氧铜片经CNC加工出与钨铜板穿透孔同位(同排列)、同数量，钉板状整体铜芯，其中钉状铜芯高度为1.2mm。将打孔的钨铜板插入铜芯钉板，送入高温炉中，在1400℃温度下进行熔渗，使得铜芯2与钨铜板1上穿透孔紧密结合，最后通过研磨将两面包覆铜去除，加工得到最终产品。测试线膨胀系数(CTE)为7ppm/℃，热导率(TC)220W/M.K左右，漏气率≤5×10-9Pa/m3/s。
实施例2：如实施例1，其中铜芯采用逐一插入方式，插入开孔钨铜板中，两面碾压使铜芯胀孔与钨铜板形成铆嵌，研磨加工两平面。
实施例3：如实施例1，将开孔钨铜板，放入熔融铜溶液或用熔融铜溶液浇注填孔，冷却后研磨加工两面。
比较例：例1钨含量为85wt％的钨铜板，热导率：180W/M·K左右，线膨胀系数(CTE)为7ppm/℃。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如根据设计铜芯间距变化，铜芯直系变化，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现与上述实施例基本相同功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。

Claims (6)

1.钨铜、钼铜合金热沉材料，包括由钨、铜或钼、铜微粒混合制成的合金，其特征在于合金板面有众多Z向穿通通孔，各通孔中铆嵌有与板两面齐平的铜芯，使所述热沉材料线膨胀系数为6-8ppm/℃，热导率较未铆嵌铜芯至少增加10％及以上。
2.根据权利要求1所述钨铜、钼铜合金热沉材料，其特征在于打孔铆嵌铜芯为整个板面区。
3.根据权利要求2所述钨铜、钼铜合金热沉材料，其特征在于热导率较未铆嵌铜芯增加20％或以上。
4.根据权利要求1、2或3所述钨铜、钼铜合金热沉材料，其特征在于打孔为圆形孔。
5.钨铜、钼铜合金热沉材料制备方法，其特征在于在钨铜、钼铜合金热沉材料板面加工惯通孔，插入铜芯柱或用熔融铜液填充，加工两面使铜芯与板面齐平。
6.根据权利要求5所述钨铜、钼铜合金热沉材料制备方法，其特征在于插入铜芯柱为将铜板加工成与开孔合金热沉材料孔对应的钉板整体插入。
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