CN111261594A - 一种带有导热通道的铜钼铜载体基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种带有导热通道的铜钼铜载体基板及其制造方法，属于电子封装复合材料技术领域。本发明的目的是使铜钼铜导热基板的散热能力更好、异种金属的界面结合强度更高，所述基板是铜板钼板相间组成的多层结构，最外层为铜板，所述钼板上沿板厚方向开有均匀的通孔，通孔内填充有铜作为通道联通相邻铜板。所述方法如下：钼板打孔；铜板、钼板的表面处理；钼板孔填充处理；固定；抽真空；复合轧制；热处理；后处理。本发明的基板，散热效果得到了大幅度提高。同时由于散热通道的钉扎作用，异种金属之间界面结合强度高，可以减小加工变形量，减少边部的开裂现象，提高产品合格率，降低成本，同时在后续使用过程中，界面不容易产生脱落失效。
Description
技术领域
本发明属于电子封装复合材料技术领域，具体涉及一种带有导热通道的铜钼铜载体基板及其制造方法。
背景技术
金属中纯铜具有仅次于银的导电、导热性，而且塑性好易于加工成形，价格较银便宜，因而在电子工业中得到了广泛的应用，但是纯铜较软、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。如果将铜和钼复合，充分发挥各自的优势，就可以得到综合性能良好的复合材料。
大功率电子器件要求具有极高的散热能力，铜钼叠层式复合材料具有很高的导热能力，而且可设计热膨胀系数和导电导热性能，因此能够满足一般需求。
铜钼铜导热基板散热方向为板厚方向，将电子元件产生的热量快速有效地带出，现有技术（CN1843691、CN 107891636）制作的铜钼铜三层复合板材由于中间钼层的导热性不好，散热仍然不够理想，研究表明芯片工作环境的温度是其有效工作的保证，散热条件越好，电子元器件工作越好，特殊的工况下要求封装材料拥有极高的散热能力；而且异种金属之间的热膨胀系数存在极大差异，造成了实际运用中层与层之间的脱落，具体的失效形式为由热循环加载造成的疲劳开裂失效，使得散热效果大大降低。
发明内容
本发明的目的是使铜钼铜导热基板的散热能力更好、异种金属的界面结合强度更高，提供一种带有导热通道的铜钼铜载体基板及其制造方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，所述基板是铜板钼板相间组成的多层结构，最外层为铜板，所述钼板上沿板厚方向开有均匀的通孔，通孔内填充有铜作为通道联通相邻铜板。
一种上述的带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，所述方法步骤如下：
步骤一：钼板打孔；
步骤二：铜板、钼板的表面处理；
步骤三：钼板孔填充处理：将钼板孔用铜充填；
步骤四：固定：将面积比钼板大的铜板置于步骤三得到的钼板两侧叠好压紧，然后将铜板四周焊接固定形成包套，将钼板包覆其中，得到一次复合板；
步骤五：抽真空：在铜包套外焊接抽真空管，加热并抽真空，得到二次复合板；
步骤六：复合轧制：在保护气氛下进行复合轧制，即先进行多道次的热轧，再进行多道次的冷轧至合适尺寸，得到三次复合板；
步骤七：热处理：对三次复合板进行去应力热处理，得到四次复合板；
步骤八：后处理：将四次复合板材进行机械加工，得到所需尺寸的导热基板成品。
本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明的基板，散热效果得到了大幅度提高。同时由于散热通道的钉扎作用，异种金属之间界面结合强度高，可以减小加工变形量，减少边部的开裂现象，提高产品合格率，降低成本，同时在后续使用过程中，界面不容易产生脱落失效。
附图说明
图1为打孔钼板示意图；
图2为三层型叠层方式的示意图；
图3为五层型叠层方式的示意图；
图4为三层型包套及真空管示意图；
图5为五层型包套及真空管示意图；
其中，1-钼板，2-铜板。
具体实施方式
为了清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面结合附图对实施例做简单的介绍，下面描述中的实施例仅仅是本发明的部分实施例，可以通过条件变化得到本发明中的其他实施例。以下实施例仅作为本发明在不同参数条件下的代表性案例，不用来限制本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，所述基板是铜板钼板相间组成的多层结构，最外层为铜板，所述钼板上沿板厚方向开有均匀的通孔，通孔内填充有铜作为通道联通相邻铜板。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，所述钼板上的孔总面积占钼板总面积的10%~50%，打孔形状可为圆形等多种。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，所述基板为铜钼铜三层复合结构时，铜钼铜的厚度比为1：x：1，x=1~4；所述基板为铜钼铜钼铜五层复合板时，五层铜钼铜钼铜厚度比为1：y：1：y：1，y=1~3。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，铜板为紫铜板，钼板为去应力退火态纯钼板。
具体实施方式五：一种具体实施方式一至四任一具体实施方式所述的带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，所述方法步骤如下：
步骤一：钼板打孔；具体地，使用钻床或者其他机加的方法对钼板进行打孔，得到带预定孔径和孔密度的钼板；
步骤二：铜板、钼板的表面处理；
步骤三：钼板孔填充处理：将钼板孔（导热通道）用铜充填；
步骤四：固定：将面积比钼板大的铜板置于步骤三得到的钼板两侧叠好压紧，然后将铜板四周焊接固定形成包套，将钼板包覆其中，得到一次复合板；铜板面积稍大于钼板的目的是要方便上下铜板焊接结合形成包套；焊成包套的目的是为了形成密闭空间便于抽真空，抽真空的直接目的是为了排除层与层之间的气体、杂质，其最终目的是为使之后的轧制时各层的结合得更加紧密。
步骤五：抽真空：在铜包套外焊接抽真空管，适当加热并抽真空，得到二次复合板；加热的目的是加快抽真空的速度；
步骤六：复合轧制：在保护气氛下进行复合轧制，即先进行多道次的热轧，再进行多道次的冷轧至合适尺寸，得到三次复合板；所述保护气体为氮气或者其他能避免氧化的保护气体；合适尺寸为0.2-2.0mm，不同场合需求不同，一般在0.8mm左右居多；
步骤七：热处理：对三次复合板进行去应力热处理，得到四次复合板；
步骤八：后处理：将四次复合板材进行机械加工（比如较平等），得到所需尺寸的基板成品。
具体实施方式六：具体实施方式五所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，步骤二中，所述表面处理具体为：对铜板、钼板表面进行打磨、抛光，清洗并真空干燥。
具体实施方式七：具体实施方式五所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，步骤三中，填充钼板孔所用铜的形式为电解铜粉或合适直径的纯铜线截断成的小圆柱，当填充电解铜粉时，可适当压实，使之在操作转运过程中不至于脱落。
具体实施方式八：具体实施方式七所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，所述电解铜粉的粒径为-600目。
具体实施方式九：具体实施方式五所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，步骤六中，所述热轧的温度为700-900℃，首次热轧的压下率为55%-60%。
具体实施方式十：具体实施方式五所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，步骤七中，所述热处理的温度为300-400℃，时间为1 h。
实施例1：
一种带有导热通道的铜钼铜载体基板制造方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：参照图1，对钼板用钻床进行打孔处理，钼板尺寸为90mm×90mm×5mm，打孔面积占钼板总面积比为33.2%；
步骤二：两侧选用铜板尺寸为100mm×100mm×6.5mm，对钼板和铜板打磨、抛光，并用蒸馏水、酒精清洗并真空干燥；
步骤三：然后用电解铜粉填充压实钼板孔；
步骤四：按照图2进行叠层，再按照图4将四周用铜焊条封焊，并预留出真空管道，得到一次复合板；
步骤五：采用机械泵加分子泵抽真空至4×10-5Pa，将真空管焊住，保持包套内部为真空状态，得到二次复合板；
步骤六：取出二次复合板用带氮气保护的两辊式轧机700℃下5道次热轧至1.6mm、之后取出多道次冷轧至0.8mm，得到三次复合板；
步骤七：将得到的三次复合板材进行去应力热处理，采用箱式电阻炉在400℃温度下保温1个小时，然后随炉冷却至室温，得到四次复合板；
步骤八：最后四次复合板经过校平等机械加工得到总厚度为0.8mm，厚度比约为1:1:1的Cu/Mo/Cu型成品。
实施例2：
一种带有导热通道的铜钼铜载体基板制造方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：参照图1，对钼板用钻床进行打孔处理，钼板尺寸为90mm×90mm×5mm，打孔面积占钼板总面积比为33.2%；
步骤二：两侧选用铜板尺寸为100mm×100mm×4mm，对钼板和铜板打磨、抛光，并用蒸馏水、酒精清洗并真空干燥；
步骤三：然后用电解铜粉填充压实钼板孔；
步骤四：按照图2进行叠层，再按照图4将四周用铜焊条封焊，并预留出真空管道，得到一次复合板；
步骤五：采用机械泵加分子泵抽真空至4×10-5Pa，将真空管焊住，保持包套内部为真空状态，得到二次复合板；
步骤六：取出二次复合板用带氮气保护的两辊式轧机700℃下5道次热轧至1.6mm、之后取出多道次冷轧至0.8mm，得到三次复合板；
步骤七：将得到的三次复合板材进行去应力热处理，采用箱式电阻炉在400℃温度下保温1个小时，然后随炉冷却至室温，得到四次复合板；
步骤八：最后四次复合板经过校平等机械加工得到总厚度为0.8mm，厚度比约为1:2:1的Cu/Mo/Cu型成品。
实施例3：
一种带有导热通道的铜钼铜载体基板制造方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：参照图1，对钼板用钻床进行打孔处理，钼板尺寸为90mm×90mm×6mm，打孔面积占钼板总面积比为33.2%；
步骤二：两侧选用铜板尺寸为100mm×100mm×2.5mm，对钼板和铜板打磨、抛光，并用蒸馏水、酒精清洗并真空干燥；
步骤三：然后用电解铜粉填充压实钼板孔；
步骤四：按照图2进行叠层，再按照图4将四周用铜焊条封焊，并预留出真空管道，得到一次复合板；
步骤五：采用机械泵加分子泵抽真空至4×10-5Pa，将真空管焊住，保持包套内部为真空状态，得到二次复合板；
步骤六：取出二次复合板用带氮气保护的两辊式轧机800℃下5道次热轧至2.0mm、之后取出多道次冷轧至1.0mm，得到三次复合板；
步骤七：将得到的三次复合板材进行去应力热处理，采用箱式电阻炉在400℃温度下保温1个小时，然后随炉冷却至室温，得到四次复合板；
步骤八：最后四次复合板经过校平等机械加工得到总厚度为1.0mm，厚度比约为1:3:1的Cu/Mo/Cu型成品。
实施例4：
一种带有导热通道的铜钼铜载体基板制造方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：参照图1，对钼板用钻床进行打孔处理，钼板尺寸为90mm×90mm×8mm，打孔面积占钼板总面积比为33.2%；
步骤二：两侧选用铜板尺寸为100mm×100mm×3mm，对钼板和铜板打磨、抛光，并用蒸馏水、酒精清洗并真空干燥；
步骤三：然后用电解铜粉填充压实钼板孔；
步骤四：按照图2进行叠层，再按照图4将四周用铜焊条封焊，并预留出真空管道，得到一次复合板；
步骤五：采用机械泵加分子泵抽真空至4×10-5Pa，将真空管焊住，保持包套内部为真空状态，得到二次复合板；
步骤六：取出二次复合板用带氮气保护的两辊式轧机800℃下5道次热轧至2.4mm、之后取出多道次冷轧至1.2mm，得到三次复合板；
步骤七：将得到的三次复合板材进行去应力热处理，采用箱式电阻炉在400℃温度下保温1个小时，然后随炉冷却至室温，得到四次复合板；
步骤八：最后四次复合板经过校平等机械加工得到总厚度为1.2mm，厚度比约为1:4:1的Cu/Mo/Cu型成品。
实施例5：
一种带有导热通道的铜钼铜载体基板制造方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：参照图1，对钼板用钻床进行打孔处理，钼板尺寸为90mm×90mm×5mm，打孔面积占钼板总面积比为50%；
步骤二：两侧选用铜板尺寸为100mm×100mm×6.5mm，对钼板和铜板打磨、抛光，并用蒸馏水、酒精清洗并真空干燥；
步骤三：然后用电解铜粉填充压实钼板孔；
步骤四：按照图3进行叠层，再按照图5将四周用铜焊条封焊，并预留出真空管道，得到一次复合板；
步骤五：采用机械泵加分子泵抽真空至4×10-5Pa，将真空管焊住保持包套内部真空状态，得到二次复合板；
步骤六：取出二次复合板用带氮气保护的两辊式轧机900℃下6道次热轧至2.4mm、之后取出多道次冷轧至1.2mm，得到三次复合板；
步骤七：将得到的三次复合板材进行去应力热处理，采用箱式电阻炉在400℃温度下保温1个小时，然后随炉冷却至室温，得到四次复合板；
步骤八：最后四次复合板经过校平等机械加工得到总厚度为1.2mm，厚度比约为1:1:1:1:1的Cu/Mo/Cu/Mo/Cu型成品。
一般方法加工出来的铜钼铜复合板的界面结合强度为90MPa，板厚方向热导率为180-200W/mK，热膨胀系数很难调节，而本发明提供的制备方法加工出来的铜钼铜载体基板的界面结合强度为100MPa以上，板厚方向热导率为可用导热通道调节的190-260W/mK，热膨胀系数通过导热通道和板厚比可以调节（范围在5×10-6/K~7×10-6/K之间），极好地满足了复杂多样的封装中散热、稳定和相匹配等需求。以下是采用导热系数仪、热膨胀仪、万能拉伸试验机、金相显微镜测量各实施例的导热系数、热膨胀系数、层间强度，层间结合情况结果，并且加入了现有一般方法制备的铜钼铜材料的参数便于对照；现有一般方法制备的铜钼铜材料无导热通道，0.8mm厚，层厚比约为1:1:1。
Claims (10)
1.一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，其特征在于：所述基板是铜板钼板相间组成的多层结构，最外层为铜板，所述钼板上沿板厚方向开有均匀的通孔，通孔内填充有铜作为通道联通相邻铜板。
2.根据权利要求1所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，其特征在于：所述钼板上的孔总面积占钼板总面积的10%~50%。
3.根据权利要求1所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，其特征在于：所述基板为铜钼铜三层复合结构时，铜钼铜的厚度比为1：x：1，x=1~4；所述基板为铜钼铜钼铜五层复合板时，五层铜钼铜钼铜厚度比为1：y：1：y：1，y=1~3。
4.根据权利要求1所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板，其特征在于：铜板为紫铜板，钼板为去应力退火态纯钼板。
5.一种权利要求1~4任一权利要求所述的带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：钼板打孔；
步骤二：铜板、钼板的表面处理；
步骤三：钼板孔填充处理：将钼板孔用铜充填；
步骤四：固定：将面积比钼板大的铜板置于步骤三得到的钼板两侧叠好压紧，然后将铜板四周焊接固定形成包套，将钼板包覆其中，得到一次复合板；
步骤五：抽真空：在铜包套外焊接抽真空管，加热并抽真空，得到二次复合板；
步骤六：复合轧制：在保护气氛下进行复合轧制，即先进行多道次的热轧，再进行多道次的冷轧至合适尺寸，得到三次复合板；
步骤七：热处理：对三次复合板进行去应力热处理，得到四次复合板；
步骤八：后处理：将四次复合板材进行机械加工，得到所需尺寸的导热基板成品。
6.根据权利要求5所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，其特征在于：步骤二中，所述表面处理具体为：对铜板、钼板表面进行打磨、抛光，清洗并真空干燥。
7.根据权利要求5所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，其特征在于：步骤三中，填充钼板孔所用铜的形式为电解铜粉或合适直径的纯铜线截断成的小圆柱。
8.根据权利要求7所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，其特征在于：所述电解铜粉的粒径为-600目。
9.根据权利要求5所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，其特征在于：步骤六中，所述热轧的温度为700-900℃，首次热轧的压下率为55%-60%。
10.根据权利要求5所述的一种带有导热通道的铜钼铜载体基板的制造方法，其特征在于：步骤七中，所述热处理的温度为300-400℃，时间为1 h。
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| CN112918039A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-08 | 西安工业大学 | 一种金属复合材料的复合结构及其成型方法 |
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