CN106563803A - 一种热物理成型铜纸膜的制备方法 - Google Patents

一种热物理成型铜纸膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）混料；步骤2）喷金属粉；步骤3）辗压；步骤4）喷催化剂；步骤5）烘焙；步骤6）剥离；步骤7）辗压成型；本发明，工艺步骤简单，通过离心剥离法获得发泡铜颗粒不破坏发泡铜的化学结构，能很好的保留发泡铜的特性，后期通过压延设备进行批量生产，成形的铜纸膜厚度≤3 mm,以解决实现均热板厚度的进一步降低和重量的不断减少，以满足设计和制备提出的新要求。

Description

一种热物理成型铜纸膜的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备技术领域，特别是对一种热物理成型铜纸膜的制备方法。
背景技术
热管理直接关系到半导体电子器件和重大装备工作的稳定性和可靠性，目前结合器件散热要求进行均热板的设计、制造和应用逐步得到重视，因为均热板具有扩展热阻低、均匀的热通量、热量快速扩散、重量轻和无噪音等优点，能够实现对半导体电子器件及装备的运行温度有效的热控制。均热板通常由五层结构构成：及下底板+毛细芯材料+蒸汽腔+毛细芯材料+上盖板，其中蒸汽腔的厚度通常设计需要不小于0.8 mm，加上各种材料的厚度，这样均热板的厚度就目前而言一般大于3毫米。如何实现均热板厚度的进一步降低和重量的不断减少，对设计和制备都不断提出新的要求。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种热物理成型铜纸膜的制备方法，通过制备方法生产出厚度为≤3 mm的铜纸膜，以解决实现均热板厚度的进一步降低和重量的不断减少，以满足设计和制备提出的新要求。
本发明采用的技术方案是：一种热物理成型铜纸膜的制备方法，包括如下步骤：1）混料，2）喷金属粉，3）辗压，4）喷催化剂、5）烘焙、6）剥离，7）辗压成型；其特征在于：
1）混料：以重量%计，将94~98%的CU（铜粉）、1.4~4.4%的AL（铝粉）与0.6~1.6%的Ag（银粉）进行干粉混合均匀搅拌；使用搅拌机在转速80~100r/min下，搅拌30~50min形成均匀混合干粉；
所述的铜粉、铝粉、银粉，粉粒大小为250~300目粒度；
2）喷金属粉；将混合干粉通过离子喷涂设备进行均匀喷涂，喷涂距离为100~200mm，其中，离子喷涂设备的电弧电压为50~200V，电弧电流为200~300A，送粉速度为15~100g/min ；
所述的金属粉为铜粉，粉粒大小为250~300目粒度；
所述的中离子喷涂设备所使用的离子气体为Ar和He，或Ar和H2，离子气体为Ar和He时，Ar气体的流量为50~200L/min，He气体的流量为20~50L/min，所述的离子气体为Ar和H2时，Ar气体的流量为20~200L/min，H2气体的流量为15~50L/min；
3）辗压，将混合料装入压制模具中，在室温下双向加压至200~300MPa，保压时间为5~10min生成坯实；
4）喷催化剂，通过喷涂设备向坯实表面均匀喷涂催化剂，喷涂厚度为0.3~0.7mm；
所述的催化剂为酚醛树脂；
所述的喷涂工艺采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压28~34V，电流20~40A；喷涂距离：190~200mm；压缩空气压力：0.5~0.6MPa；
5）烘焙，将涂有催化剂的坯实送入高温箱内加温至250~280℃，烘焙时间12~18 min；
6）剥离，剥离提取发泡铜颗粒：将坯实和浓度为2mg/ml的插层剂按照质量比为1:1的比例放入二氯苯溶剂中混合，混合液放置在25~40℃温度下反应60~80s完全反应后，放置在离心分离设备中进行分离，去上清液，即为发泡铜分散液，再将发泡铜分散液进行真空过滤，过滤膜的孔直径为250~300目，得到发泡铜颗粒；
所述的插层剂是萘或菲；
所述的离心分离设备的分离转速为1000~1200rpm，时间为60~90s；
7）辗压成型，将发泡铜颗粒装入压制模具中，通过压延设备在室温下加压至100~200MPa，保压时间为5~10min生成铜纸膜，生成的铜纸膜厚≤3 mm。
本发明，通过离心剥离法获得发泡铜颗粒不破坏发泡铜的化学结构，能很好的保留发泡铜的特性，后期通过压延设备进行批量生产，成形的铜纸膜厚度≤3 mm能够实现对半导体电子器件及装备的运行温度有效的热控制。
具体实施方式
实施例1：
本发明实施例提供一种热物理成型铜纸膜的制备方法，具体包括如下步骤：
1）混料：以重量%计，将98%的CU（铜粉）、1.4%的AL （铝粉）与0.6%的Ag（银粉）进行干粉混合均匀搅拌；使用搅拌机在转速80r/min下，搅拌50min形成均匀混合干粉；所述的铜粉、银粉、铝粉，粉粒大小为250目粒度；
2）喷金属粉；将混合干粉通过离子喷涂设备进行均匀喷涂，喷涂距离为100mm，其中，离子喷涂设备的电弧电压为50~200V，电弧电流为200~300A，送粉速度为60g/min ；所述的金属粉为铜粉，粉粒大小为250目粒度；所述的中离子喷涂设备所使用的离子气体为Ar和He，或Ar和H2，离子气体为Ar和He时，Ar气体的流量为50~200L/min，He气体的流量为20~50L/min，所述的离子气体为Ar和H2时，Ar气体的流量为20~200L/min，H2气体的流量为15~50L/min；
3）辗压，将混合料装入压制模具中，在室温下双向加压至200MPa，保压时间为10min生成坯实；
4）喷催化剂，通过喷涂设备向坯实表面均匀喷涂催化剂，喷涂厚度为0.7mm；所述的催化剂为酚醛树脂；所述的喷涂工艺采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压28~34V，电流20~40A；喷涂距离：190mm；压缩空气压力：0.5MPa；
5）烘焙，将涂有催化剂的坯实送入高温箱内加温至280℃，烘焙时间12min；
6）剥离，剥离提取发泡铜颗粒：将坯实和浓度为2mg/ml的插层剂按照质量比为1:1的比例放入二氯苯溶剂中混合，混合液放置在25℃温度下反应80s完全反应后，放置在离心分离设备中进行分离，去上清液，即为发泡铜分散液，再将发泡铜分散液进行真空过滤，过滤膜的孔直径为250目，得到发泡铜颗粒；所述的插层剂是萘或菲；所述的离心分离设备的分离转速为1000rpm，时间为90s；
7）辗压成型，将发泡铜颗粒装入压制模具中，通过压延设备在室温下加压至100MPa，保压时间为10min生成铜纸膜，生成的铜纸膜厚≤3 mm。本发明，通过离心剥离法获得发泡铜颗粒不破坏发泡铜的化学结构，能很好的保留发泡铜的特性，后期通过压延设备进行批量生产，成形的铜纸膜厚度≤3mm。
实施例2：
一种热物理成型铜纸膜的制备方法，包括如下步骤：
1）混料：以重量%计，将94%的CU（铜粉）、4.4%的AL （铝粉）与1.6%的（银粉）进行干粉混合均匀搅拌；使用搅拌机在转速100r/min下，搅拌30min形成均匀混合干粉；所述的铜粉、银粉、铝粉，粉粒大小为300目粒度；
2）喷金属粉；将混合干粉通过离子喷涂设备进行均匀喷涂，喷涂距离为200mm，其中，离子喷涂设备的电弧电压为50~200V，电弧电流为200~300A，送粉速度为100g/min ；所述的金属粉为铜粉，粉粒大小为300目粒度；所述的中离子喷涂设备所使用的离子气体为Ar和He，或Ar和H2，离子气体为Ar和He时，Ar气体的流量为50~200L/min，He气体的流量为20~50L/min，所述的离子气体为Ar和H2时，Ar气体的流量为20~200L/min，H2气体的流量为15~50L/min；
3）辗压，将混合料装入压制模具中，在室温下双向加压至300MPa，保压时间为5min生成坯实；
4）喷催化剂，通过喷涂设备向坯实表面均匀喷涂催化剂，喷涂厚度为0.3mm；所述的催化剂为酚醛树脂。所述的喷涂工艺采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压28~34V，电流20~40A；喷涂距离：200mm；压缩空气压力：0.6MPa；
5）烘焙，将涂有催化剂的坯实送入高温箱内加温至250℃，烘焙时18min；
6）剥离，剥离提取发泡铜颗粒：将坯实和浓度为2mg/ml的插层剂按照质量比为1:1的比例放入二氯苯溶剂中混合，混合液放置在40℃温度下反应60s完全反应后，放置在离心分离设备中进行分离，去上清液，即为发泡铜分散液，再将发泡铜分散液进行真空过滤，过滤膜的孔直径为300目，得到发泡铜颗粒；所述的插层剂是萘或菲；所述的离心分离设备的分离转速为1200rpm，时间为60s；
7）辗压成型，将发泡铜颗粒装入压制模具中，通过压延设备在室温下加压至200MPa，保压时间为5min生成铜纸膜，生成的铜纸膜厚≤3mm。
本发明，通过离心剥离法获得发泡铜颗粒不破坏发泡铜的化学结构，能很好的保留发泡铜的特性，后期通过压延设备进行批量生产，成形的铜纸膜厚度≤3 mm能够实现对半导体电子器件及装备的运行温度有效的热控制。

Claims (8)

1.一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）混料：以重量%计，将94~98%的CU（铜粉）、1.4~4.4%的AL（铝粉）与0.6~1.6%的Ag（银粉）进行干粉混合均匀搅拌；使用搅拌机在转速80~100r/min下，搅拌30~50min形成均匀混合干粉；
2）喷金属粉；将混合干粉通过离子喷涂设备进行均匀喷涂，喷涂距离为100~200mm，其中，离子喷涂设备的电弧电压为50~200V，电弧电流为200~300A，送粉速度为15~100g/min ；
3）辗压，将混合料装入压制模具中，在室温下双向加压至200~300MPa，保压时间为5~10min生成坯实；
4）喷催化剂，通过喷涂设备向坯实表面均匀喷涂催化剂，喷涂厚度为0.3~0.7mm；
5）烘焙，将涂有催化剂的坯实送入高温箱内加温至250~280℃，烘焙时间12~18 min；
6）剥离，剥离提取发泡铜颗粒：将坯实和浓度为2mg/ml的插层剂按照质量比为1:1的比例放入二氯苯溶剂中混合，混合液放置在25~40℃温度下反应60~80s完全反应后，放置在离心分离设备中进行分离，去上清液，即为发泡铜分散液，再将发泡铜分散液进行真空过滤，过滤膜的孔直径为250~300目，得到发泡铜颗粒；
7）辗压成型，将发泡铜颗粒装入压制模具中，通过压延设备在室温下加压至100~200MPa，保压时间为5~10min生成铜纸膜，生成的铜纸膜厚≤3 mm。
2.如权利要求1所述的一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤1）中的铜粉、铝粉、银粉，粉粒大小为250~300目粒度。
3.如权利要求1所述的一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中的金属粉为铜粉，粉粒大小为250~300目粒度。
4.如权利要求1所述的一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中的离子喷涂设备所使用的离子气体为Ar和He，或Ar和H2，离子气体为Ar和He时，Ar气体的流量为50~200L/min，He气体的流量为20~50L/min，所述的离子气体为Ar和H2时，Ar气体的流量为20~200L/min，H2气体的流量为15~50L/min。
5.如权利要求1所述的一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤4）中的催化剂为酚醛树脂。
6.如权利要求1所述的一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤4）中的喷涂工艺采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压28~34V，电流20~40A；喷涂距离：190~200mm；压缩空气压力：0.5~0.6MPa。
7.如权利要求1所述的一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤6）中的插层剂是萘或菲。
8.如权利要求1所述的一种热物理成型铜纸膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤6）中离心分离设备的分离转速为1000~1200rpm，时间为60~90s。
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