CN108380874A - 一种用于电子封装的金属复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于电子封装的金属复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于电子封装的金属复合材料的制备方法，方法包括如下步骤：提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；利用球磨方法混合钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；对第一混合粉末进行第一还原热处理，得到第二混合粉末；并将第二混合粉末预置到基体之上；对基体上的第二混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其中，激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.5mm‑1mm，功率范围为4000W‑5000W，扫描速度为5mm/s‑10mm/s；将第一复合材料与基体分离；对第一复合材料进行第二还原热处理，得到用于电子封装的金属复合材料。

Description

一种用于电子封装的金属复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子封装领域，特别涉及一种用于电子封装的金属复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，我国的集成电路行业发展迅猛，该行业应经成为了我国经济快速发展的高科技支柱型产业。而集成电路行业的三大支柱行业是：集成电路的设计、集成电路的制造和集成电路的封装。其中集成电路的封装是我国集成电路发展的重要推动力。事实上，我国的集成电路发展是从集成电路的封装开始迅速发展的，事实也证明了，这条道路是适合我国发展国情的。现在全球集成电路封装技术已经发展到了第三次革命，这正为我国的集成电路封装行业的发展提供了难得的契机。回顾集成电路的发展历程可以看出：集成电路的发展始终遵循着一代电路、一代封装、一代材料的固定发展模式，而封装材料等的发展更是在集成电路的发展中起着至关重要的作用。按照封装材料的不同，电子封装材料分为：金属基封装材料、塑料封装材料、陶瓷封装材料、金属陶瓷封装材料、玻壳封装、玻璃实体封装等等。不同的封装材料具有不同的特点，选择时要加以侧重。一般而言对于电子封装材料的要求包括：低的热膨胀系数、良好的机械性能、加工性能好、价格低廉。为了满足上述要求，现有技术已经开发出了钨铜电子封装用金属复合材料。
但是目前现有技术中的钨铜电子封装用金属复合材料至少存在如下缺陷：1、在制备过程中极易发生氧化，导致产品力学性能、热膨胀系数偏离预期值；2、由于钨铜电子封装用金属复合材料极易发生氧化反应，所以对于该类复合材料的制备工艺要求较高，导致该复合材料生产难度大，成本高；3、虽然该类复合材料由于较低的热膨胀系数、较好的导热性能收到了研究人员青睐，但是该类复合材料力学性能不够高，限制了该类合金的应用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电子封装的金属复合材料及其制备方法，从而克服现有技术的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于电子封装的金属复合材料的制备方法，其特征在于：方法包括如下步骤：提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；利用球磨方法混合钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；对第一混合粉末进行第一还原热处理，得到第二混合粉末；并将第二混合粉末预置到基体之上；对基体上的第二混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其中，激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.5mm-1mm，功率范围为4000W-5000W，扫描速度为5mm/s-10mm/s；将第一复合材料与基体分离；对第一复合材料进行第二还原热处理，得到用于电子封装的金属复合材料。
优选地，上述技术方案中，钨粉的粒径为100-150目，铜粉的粒径为300-350目，钼粉的粒径为100-150目以及铌粉的粒径为100-150目。
优选地，上述技术方案中，在第一混合粉末中，以重量份计，钨粉占100份，铜粉占70-120份，钼粉占10-20份以及铌粉占5-10份。
优选地，上述技术方案中，第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为700-800℃，热处理时间为3-5h。
优选地，上述技术方案中，第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为500-600℃，热处理时间为3-5h。
本发明还提供了一种用于电子封装的金属复合材料，其特征在于：金属复合材料由以下方法制备：提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；利用球磨方法混合钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；对第一混合粉末进行第一还原热处理，得到第二混合粉末；并将第二混合粉末预置到基体之上；对基体上的第二混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其中，激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.5mm-1mm，功率范围为4000W-5000W，扫描速度为5mm/s-10mm/s；将第一复合材料与基体分离；对第一复合材料进行第二还原热处理，得到用于电子封装的金属复合材料。
优选地，上述技术方案中，钨粉的粒径为100-150目，铜粉的粒径为300-350目，钼粉的粒径为100-150目以及铌粉的粒径为100-150目。
优选地，上述技术方案中，在第一混合粉末中，以重量份计，钨粉占100份，铜粉占70-120份，钼粉占10-20份以及铌粉占5-10份。
优选地，上述技术方案中，第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为700-800℃，热处理时间为3-5h。
优选地，上述技术方案中，第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为500-600℃，热处理时间为3-5h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、在制备过程中加入了铌、钼，发明人发现，加入上述两种元素之后，可以阻止氧气与钨和铜的结合，使得合金氧化速度以及氧化程度下降；2、由于本发明的合金较为难于发生氧化，所以本发明的工艺过程容易控制，生产难度降低；3、加入铌、钼之后，还提高了复合材料的力学性能，使得合金更适于实际应用；4、优化了激光烧结工艺，提高了材料各项性能；5、设计了还原步骤，最大限度的保证材料实际性能与预期性能吻合。
具体实施方式
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。本发明激光烧结步骤使用本领域公知的二氧化碳激光器进行。预置铺粉是使用粘结剂涂覆的方法，该方法是本领域公知的，粘结剂的类型也是本领域公知的。必须指明的是，本发明虽然没有采用“封闭式”的权利要求撰写方式，但是从技术方案的上下文可知，本发明的复合材料只有钨、铜、钼、铌以及不可避免的杂质。
实施例1
以如下方法制备复合材料：提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；利用球磨方法混合钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；对第一混合粉末进行第一还原热处理，得到第二混合粉末；并将第二混合粉末预置到基体之上；对基体上的第二混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其中，激光烧结的工艺具体为：光斑直径约为0.5mm，功率范围为4000W，扫描速度为5mm/s；将第一复合材料与基体分离；对第一复合材料进行第二还原热处理，得到用于电子封装的金属复合材料。钨粉的粒径为100目，铜粉的粒径为300目，钼粉的粒径为100目以及铌粉的粒径为100目。在第一混合粉末中，以重量份计，钨粉占100份，铜粉占70份，钼粉占10份以及铌粉占5份。第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为700℃，热处理时间为5h。第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为500℃，热处理时间为5h。
实施例2
以如下方法制备复合材料：提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；利用球磨方法混合钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；对第一混合粉末进行第一还原热处理，得到第二混合粉末；并将第二混合粉末预置到基体之上；对基体上的第二混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其中，激光烧结的工艺具体为：光斑直径为1mm，功率范围为5000W，扫描速度为10mm/s；将第一复合材料与基体分离；对第一复合材料进行第二还原热处理，得到用于电子封装的金属复合材料。钨粉的粒径为150目，铜粉的粒径为350目，钼粉的粒径为150目以及铌粉的粒径为150目。在第一混合粉末中，以重量份计，钨粉占100份，铜粉占120份，钼粉占20份以及铌粉占10份。第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为800℃，热处理时间为3h。第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为600℃，热处理时间为3h。
实施例3
以如下方法制备复合材料：提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；利用球磨方法混合钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；对第一混合粉末进行第一还原热处理，得到第二混合粉末；并将第二混合粉末预置到基体之上；对基体上的第二混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其中，激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.8mm，功率范围为4500W，扫描速度为8mm/s；将第一复合材料与基体分离；对第一复合材料进行第二还原热处理，得到用于电子封装的金属复合材料。钨粉的粒径为120目，铜粉的粒径为330目，钼粉的粒径为120目以及铌粉的粒径为120目。在第一混合粉末中，以重量份计，钨粉占100份，铜粉占100份，钼粉占15份以及铌粉占8份。第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为750℃，热处理时间为4h。第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为550℃，热处理时间为4h。
实施例4
只提供钨粉、铜粉、钼粉，不添加铌粉，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例5
提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；利用球磨方法混合钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；直接将第一混合粉末预置到基体之上；对基体上的第一混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例6
激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.3mm，功率范围为4500W，扫描速度为8mm/s，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例7
激光烧结的工艺具体为：光斑直径为1.5mm，功率范围为4500W，扫描速度为8mm/s，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例8
激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.8mm，功率范围为3500W，扫描速度为8mm/s，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例9
激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.8mm，功率范围为5500W，扫描速度为8mm/s，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例10
激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.8mm，功率范围为4500W，扫描速度为15mm/s，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例11
将第一复合材料与基体分离之后，不对第一复合材料进行第二还原热处理，而直接得到用于电子封装的金属复合材料，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例12
钨粉的粒径为80目，铜粉的粒径为330目，钼粉的粒径为120目以及铌粉的粒径为120目，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例13
钨粉的粒径为120目，铜粉的粒径为330目，钼粉的粒径为80目以及铌粉的粒径为120目。其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例14
钨粉的粒径为120目，铜粉的粒径为330目，钼粉的粒径为170目以及铌粉的粒径为120目。其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例15
钨粉的粒径为120目，铜粉的粒径为330目，钼粉的粒径为120目以及铌粉的粒径为80目。其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例16
钨粉的粒径为120目，铜粉的粒径为400目，钼粉的粒径为120目以及铌粉的粒径为120目，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例17
以重量份计，钨粉占100份，铜粉占150份，钼粉占15份以及铌粉占8份，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例18
以重量份计，钨粉占100份，铜粉占100份，钼粉占5份以及铌粉占8份，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例19
以重量份计，钨粉占100份，铜粉占100份，钼粉占25份以及铌粉占8份，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例20
以重量份计，钨粉占100份，铜粉占100份，钼粉占25份以及铌粉占15份，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例21
第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为600℃，热处理时间为8h，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例22
第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为900℃，热处理时间为2h，其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例23
第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为400℃，热处理时间为8h。其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
实施例24
第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为700℃，热处理时间为2h。其余条件、参数、步骤与实施例3相同。
对实施例1-24进行导热系数、抗拉强度、表面硬度测试，测试方法均是依照有关国家标准进行，为了便于比较结果，所有数值均参照实施例1进行了归一化，实验结果见表1。
表1
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种用于电子封装的金属复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；
利用球磨方法混合所述钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；
对所述第一混合粉末进行第一还原热处理，得到第二混合粉末；
并将所述第二混合粉末预置到基体之上；
对所述基体上的所述第二混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其中，所述激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.5mm-1mm，功率范围为4000W-5000W，扫描速度为5mm/s-10mm/s；
将所述第一复合材料与所述基体分离；
对所述第一复合材料进行第二还原热处理，得到用于电子封装的金属复合材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钨粉的粒径为100-150目，所述铜粉的粒径为300-350目，所述钼粉的粒径为100-150目以及所述铌粉的粒径为100-150目。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在所述第一混合粉末中，以重量份计，所述钨粉占100份，所述铜粉占70-120份，所述钼粉占10-20份以及所述铌粉占5-10份。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为700-800℃，热处理时间为3-5h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为500-600℃，热处理时间为3-5h。
6.一种用于电子封装的金属复合材料，其特征在于：所述金属复合材料由以下方法制备：
提供钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉；
利用球磨方法混合所述钨粉、铜粉、钼粉以及铌粉，得到第一混合粉末；
对所述第一混合粉末进行第一还原热处理，得到第二混合粉末；
并将所述第二混合粉末预置到基体之上；
对所述基体上的所述第二混合粉末进行激光烧结，得到第一复合材料，其中，所述激光烧结的工艺具体为：光斑直径为0.5mm-1mm，功率范围为4000W-5000W，扫描速度为5mm/s-10mm/s；
将所述第一复合材料与所述基体分离；
对所述第一复合材料进行第二还原热处理，得到用于电子封装的金属复合材料。
7.如权利要求6所述的金属复合材料，其特征在于：所述钨粉的粒径为100-150目，所述铜粉的粒径为300-350目，所述钼粉的粒径为100-150目以及所述铌粉的粒径为100-150目。
8.如权利要求6所述的金属复合材料，其特征在于：在所述第一混合粉末中，以重量份计，所述钨粉占100份，所述铜粉占70-120份，所述钼粉占10-20份以及所述铌粉占5-10份。
9.如权利要求6所述的金属复合材料，其特征在于：所述第一还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为700-800℃，热处理时间为3-5h。
10.如权利要求6所述的金属复合材料，其特征在于：所述第二还原热处理的工艺为：热处理在氢气气氛下进行，热处理温度为500-600℃，热处理时间为3-5h。
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