CN108673976A - 一种基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法 - Google Patents

一种基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法，按下述步骤进行，步骤一，在基板上通过超声能量逐层堆积铜箔，实现各层铜箔之间的固相连接，直至达到铜材所需厚度；步骤二，在上述铜材之上通过超声能量逐层堆积钼箔，实现各层钼箔之间的固相连接，直至达到钼材所需厚度；步骤三，在上述钼材上通过超声能量逐层堆积铜箔，实现各层铜箔之间的固相连接，直至达到铜材所需厚度。通过本发明制得的铜钼铜复合材料界面结合强度高、无变形，成本低，效率高，易于实现批量化生产，可以广泛用于电子工业中。

Description

一种基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于电子功能复合技术领域，特别涉及一种基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法。
背景技术
铜具有高的导热导电性能，易于加工成形，因而在电子工业中得到了广泛的应用，但是铜较软、热膨胀系数大，限制了它的进一步应用。难熔金属钼则具有强度高、热膨胀系数小、弹性模量大等特点。因此，将铜和钼复合，充分发挥各自的优势，可得到单一金属所不可能具有的特殊性能。
铜钼铜层状复合材料是一种热膨胀系数可调，热导率高，耐高温性能优异，在电子封装中得到了广泛的应用。目前是国内外大功率电子元器件首选的电子封装材料，并能与Be0、Al203陶瓷匹配，广泛用于微波、通讯、射频、航空航天、电力电子、大功率半导体激光器、医疗等行业。例如，现在国际上流行的BGA封装就大量采用该材料作为基板。另外，在微波封装和射频封装领域，也大量采用该材料做热沉。在军用电子设备中，它常常被采用为高可靠线路板的基体材料。
铜钼铜层状复合材料的性能受其加工工艺影响，欧洲专利文献(EP1553627A1)阐述了一种铜-钼铜-铜三层复合板的制造方法，他们采用了轧制复合的方法，钼铜坯料先经60％以上的预变性，然后两面覆铜板进行轧制复合而成，这种轧制复合的方法生产铜-钼铜-铜三层复合板，铜-钼铜-铜三层界面靠轧制压力结合，复合板材料界面结合强度低，在后续的轧制生产过程中，由于经过了60％以上的预变形，应力比较大，容易产生界面分层、边部开裂的现象，导致产品合格率低，成本高。
国内目前也有采用爆炸焊接复合法制备铜钼铜复合材料，借助炸药爆炸产生的高强化学能驱动复板高速碰撞基板，碰撞点产生的瞬间高温高压不仅破坏了金属表面的氧化膜，露出了新鲜的表面，而且在露出新鲜金属表面上形成一层具有塑性变形、熔化、扩散的类似于流体以及波形冶金结合特征的焊接过渡区，实现不同金属的强固结合。但是爆炸焊存在着工艺复杂，生产过程不易控制等问题。
而超声波金属焊接是一种非常适用于箔材、细丝、多层箔片的焊接方法，而且尤其对高导热、高导电及物理性能相差较大的材料，也可以实现高强度连接。超声波焊接的这种优点为铜钼铜多层复合电子封装材料的制备提供了新的方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法，采用本发明方法生产的铜钼铜复合材料具有界面结合强度高、无变形的优点，成本低，效率高，易于实现批量化生产，可以广泛用于电子工业中。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铜箔置于基板上，超声能量通过超声压头传递到铜箔上，实现铜箔和基板的固相连接；将第二层铜箔置于第一层铜箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，周而复始，直至达到铜材所需厚度；
（2）将钼箔置于铜材之上，超声能量通过超声压头传递到钼箔上，实现钼箔和铜材的固相连接；将第二层钼箔置于第一层钼箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，周而复始，直至达到钼材所需厚度；
（3）将铜箔置于钼材上，超声能量通过超声压头传递到铜箔上，实现铜箔和钼材的固相连接；将第二层铜箔置于第一层铜箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，周而复始，直至达到铜材所需厚度。
优选的是，所述超声压头宽度为25mm，滚动速度为10~25mm/s。
优选的是，所述铜箔厚度为0.1mm~0.4mm。
优选的是，所述钼箔厚度为0.1mm~0.4mm。
与现有技术相比，本发明优点在于：本发明采用超声波金属固相制备铜钼铜复合材料，界面结合强度高、达到原子层面的结合，无熔化，无变形；材料利用率高、成本低，效率高；并且设备简单，易于实现批量化生产，可以广泛用于电子工业中。
附图说明
图1为实施例1铜钼铜复合材料制备方法结构示意图。
图2为实施例2铜钼铜复合材料制备方法结构示意图。
图中：1、基板；2、铜箔；3、钼箔；4、铜箔；5、超声压头；6、加热棒。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
厚度为0.4mm∶0.6mm∶0.4mm 的铜/钼/铜层状复合金属材料的制备。
如图1所示，使用厚度均为0.2mm的铜箔和钼箔进行上述铜钼铜层状复合材料的制备，具体包括如下步骤：
（1）将铜箔2置于基板1上，超声能量通过超声压头5传递到铜箔2上，实现铜箔2和基板1的固相连接；然后将第二层铜箔置于第一层铜箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，以达到铜材所需厚度；
（2）将钼箔3置于铜材之上，超声能量通过超声压头传递到钼箔3上，实现钼箔3和铜材的固相连接；按照上述方法继续堆叠两层钼箔3，以达到钼材所需厚度；
（3）将铜箔4置于钼材上，超声能量通过超声压头5传递到铜箔4上，实现铜箔4和钼材的固相连接；然后将第二层铜箔置于第一层铜箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，以达到铜材所需厚度。
实施例2
厚度为0.4mm∶0.8mm∶0.4mm 的铜/钼/铜层状复合金属材料的制备。
如图2所示，使用厚度均为0.2mm的铜箔和钼箔进行上述铜钼铜层状复合材料的制备，具体包括如下步骤：
（1）使用加热棒6对基板1进行加热，加热温度为60~150℃。
（2）将铜箔2置于基板1上，超声能量通过超声压头传递到铜箔2上，实现铜箔2和基板1的固相连接；将第二层铜箔置于第一层铜箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，以达到铜材所需厚度；
（3）将钼箔3置于铜材之上，超声能量通过超声压头传递到钼箔3上，实现钼箔3和铜材的固相连接；按照上述方法继续堆叠三层钼箔3，以达到钼材所需厚度；
（4）将铜箔4置于钼材上，超声能量通过超声压头传递到铜箔4上，实现铜箔4和钼材的固相连接；将第二层铜箔置于第一层铜箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，以达到铜材所需厚度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铜箔置于基板上，超声能量通过超声压头传递到铜箔上，实现铜箔和基板的固相连接；将第二层铜箔置于第一层铜箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，周而复始，直至达到铜材所需厚度；
（2）将钼箔置于铜材之上，超声能量通过超声压头传递到钼箔上，实现钼箔和铜材的固相连接；将第二层钼箔置于第一层钼箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，周而复始，直至达到钼材所需厚度；
（3）将铜箔置于钼材上，超声能量通过超声压头传递到铜箔上，实现铜箔和钼材的固相连接；将第二层铜箔置于第一层铜箔之上，通过超声能量实现两者的固相连接，周而复始，直至达到铜材所需厚度。
2.根据权利要求1所述的基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述超声压头宽度为25mm，滚动速度为10~25mm/s。
3.根据权利要求1或2所述的基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述铜箔厚度为0.1mm~0.4mm。
4.根据权利要求1或2所述的基于超声波固相叠层的铜钼铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述钼箔厚度为0.1mm~0.4mm。
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