CN1843691A - 铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子封装材料领域，主要应用于微电子和半导体行业的金属封装行业，特别是涉及一种采用轧制工艺制备铜/钼/铜电子封装复合材料的方法。该方法包括表面处理、包覆、热轧、退火、冷轧、后续处理六个步骤。本发明与现有技术相比具有制备工艺简单、易控制、适于规模化生产的优点，其成品具有高导热、尺寸适应性和一致性好、成品率高、冲压性能良好，同时具有与半导体材料相匹配的热膨胀系数和导热率的优点。

Description

铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于电子封装材料领域，主要应用于微电子和半导体行业的金属封装行业，特别是涉及一种采用包覆轧制工艺制备铜/钼/铜电子封装复合材料的方法。
背景技术
在现有技术中，传统的电子封装材料如Invar、Kovar、W、Mo等虽然有较低的热膨胀系数，但都不能满足高导热的要求，而高质量的芯片对封装材料要求有低膨胀系数、高热导率、高强度等综合性能。因此单一材料难以满足上述性能的苛刻要求，只有复合材料才能利用各种单一材料的优点，从而获得优良的综合性能。目前，电子封装复合材料已成为当前研究的热点，其中铜/钼/铜就是一种重要的电子封装复合材料。它属于平面型金属基复合材料，芯材为金属钼，双面覆以无氧铜板。这种材料既具有钼的低膨胀性能，又具有铜的高导电、导热性能，并且几乎不存在W/Cu、Mo/Cu、SiC/Al等封装材料的致密性不高的问题，同时它又可以通过调整钼、铜的厚度来调整其热膨胀系数和热导率，达到兼有高强度及易冲制成型等特点。
目前，铜/钼/铜复合材料的生产工艺有液固结合轧制法，如公开号为CN1408485A，公开日为2003年4月9日的专利所述，首先将铜板和钼锭置于石墨模中，加热至铜板熔化，冷却，并通过再轧制的工艺制备成铜钼铜材料。但该方法生产工艺过程繁多，熔化冷却后铜板的表面质量和轧制后各层厚度不易控制，且采用的电解铜板在氢气氛中易发生氢脆，也难以满足电子工业高纯材料的要求。美国专利(US4950554，US4988392，US4957823)采用焊接轧制方法制备铜钼铜复合材料，相比较本发明，美国专利增加了轧前焊接的工序，并且轧制工艺较为复杂，对轧制设备的要求也大大提高，增加了实施的难度，相应的加大了材料的制备成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、易控制、适于规模化生产的制备铜/钼/铜电子封装复合材料的方法。其成品具有高导热、尺寸适应性和一致性好、成品率高、冲压性能良好，同时具有与半导体材料相匹配的热膨胀系数和导热率。
根据上述目的，本发明的技术方案为：该方法包括表面处理、包覆、热轧、退火、冷轧、后续处理六个步骤，其具体步骤如下：
A、表面处理：取厚度为0.2-0.8mm的无氧铜板在10-1Pa-10-3Pa真空或保护气体状态下，将铜板经500-900℃退火处理1-2小时，同时选用厚度为0.6-0.8mm的钼板经过表面处理，清除钼板表面的污物，获得一定的清洁度和粗糙度，其目的是达到增强复合强度。
B、包覆：将钼板放在两层铜板中间，用铜板包覆钼板四边，压实以排除层间的空气，防止在加热，轧制过程中的氧化问题。
C、热轧：将上述包覆板材于600-1000℃经过2-5道次热轧，获得接近成品要求的尺寸规格，其宽度为40mm-260mm，厚度为0.5-1.2mm。
D、退火：在真空或气体保护状态下，将经过热轧的铜/钼/铜复合板在500-900℃温度下退火处理1.5小时，然后空冷至室温，其目的是消除复合板材在轧制过程中产生的应力，软化材料，为下一步冷轧做准备。
E、冷轧：把经过退火的复合板在四辊轧机上经过2-10道次冷轧，以获得最终成品要求的尺寸规格，其宽度为50mm-300mm，厚度为0.1-1mm。
F、后续处理：主要包括剪边、退火、矫直、检验，以获得满足要求的最终成品，成品板材铜/钼/铜的厚度配比为1∶1∶1～1∶4∶1。
在上述制备方法中：上述热处理工艺中所述气体保护为氢气、氮气中的一种。
本发明与现有技术相比具有制备工艺简单、易控制、适于规模化生产的优点。其成品具有高导热、尺寸适应性和一致性好、成品率高、冲压性能良好，同时具有与半导体材料相匹配的热膨胀系数和导热率的优点。
具体如下：
1、采用直接轧制包覆铜板的钼片制备铜/钼/铜电子封装材料，实现了生产的连续化，批量化和自动化。
2、导热率和热膨胀系数可以通过改变原始包覆的铜、钼层的厚度比例和轧制工艺来控制，使得制备出的铜/钼/铜电子封装复合材料具有与各种半导体芯片相匹配的热膨胀系数和导热率。
3、制备出的铜/钼/铜电子封装复合材料具备良好的冲压性能，提高了零件的成型性和生产效率。
4、尺寸适应性和一致性好。铜/钼/铜电子封装材料的外形尺寸、厚度等都可通过轧制工艺调节和控制，从而得到精确保证。
具体实施方式
根据本发明制备方法，制备了3批铜/钼/铜电子封装复合材料的成品，为了对比方便，将采用现有技术方法制备的铜/钼/铜电子封装复合材料成品性能的也列于表中。其中表1为本发明及现有技术制备的铜/钼/铜电子封装复合材料尺寸规格及制备工艺步骤和工艺参数表，表2为采用本发明制备方法所得铜钼铜材料成品的性能指标与现有技术性能指标对比表，其中锥杯试验值CCV是体现材料冲压工艺性能的一个参数，具体实验方式是通过钢球把试样冲成锥杯，当发现材料破裂时停止试验，测量杯口的最大直径Dcmax和最小直径Dcmin，并用CCV＝(Dcmax+Dcmin)/2计算锥杯试验值CCV。根据实验原理，锥杯试验值CCV越大，表示材料冲压性能越好，上述列表中序号1-3#为本发明实施例，4-5#为现有技术对比例。
表1  本发明及现有技术铜/钼/铜电子封装复合材料尺寸规格及制备工艺步骤和工艺参数表
  序号                     表面处理                      热轧   退火               冷轧   成品铜钼铜板材厚度比例   铜钼铜材料尺寸mm
  铜板厚度mm   钼板厚度mm   气体保护   退火处理温度℃/时间   温度℃/时间   道次n   宽度mm   厚度mm   温度℃/时间   道次n   宽度mm   厚度mm
  1   0.8   0.6   氢气   600℃，1.5h   700℃，1.5h   2   160   1.2   500℃，1.5h   2   165   1.0   1∶1∶1   1.0×200×200
  2   0.25   0.6   氮气   700℃，1.5h   800℃，1.5h   3   165   1.0   600℃，1.5h   5   171   0.8   1∶3∶1   0.8×200×200
  3   0.3   0.8   真空   900℃，1.5h   900℃，1.5h   4   170   0.7   800℃，1.5h   8   176   0.5   1∶4∶1   0.5×200×200
  4   将铜板和钼锭置于石墨模中，在氢气保护下加热至1100-1500℃使铜板熔化，冷却后在850℃热轧、酸洗、冷轧，制备成铜钼铜材料。
  5   采用预先焊接铜层和钼层，再在氢气保护下于850℃热轧，随后退火、冷轧的方法制备铜钼铜复合材料。
表2  采用本发明制备方法所得铜钼铜材料的性能与现有技术性能对比表
  序号   锥杯试验值CCV(mm)   铜钼铜材料导热率W/m.K   热膨胀系数(/K)
  1   41   220   6.6
  2   40   212   5.8
  3   38   193   5.5
  4   18   194   6.5
  5   20   225   6.9

Claims (2)

1、一种铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括表面处理、包覆、热轧、退火、冷轧、后续处理六个步骤：
A、表面处理：取厚度为0.2-0.8mm的无氧铜板在10-1Pa-10-3Pa真空或气体保护状态下，将铜板经500-900℃退火处理1-2小时，同时选用厚度为0.6-0.8mm的钼板经过表面处理，清除钼板表面的污物，获得一定的清洁度和粗糙度；
B、包覆：将钼板放在两层铜板中间，用铜板包覆钼板四边，压实以排除层间的空气；
C、热轧：将上述包覆板材于600-1000℃经过2-5道次热轧，获得接近成品要求的尺寸规格，其厚度为0.5-1.2mm；
D、退火：在10-1Pa-10-3Pa真空或气体保护状态下，将经过热轧的铜/钼/铜复合板在500-900℃温度下退火处理1-2小时；
E、冷轧：把经过退火的复合板在四辊轧机上经过2-10道次冷轧，以获得最终成品要求的尺寸规格，其厚度为0.1-1mm；
F、后续处理：主要包括剪边、退火、矫直、检验，以获得满足要求的最终成品，成品板材铜/钼/铜的厚度配比为1∶1∶1～1∶4∶1。
2、一种铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法，其特征在于上述热处理工艺中所述保护气体为氢气或氮气中的一种。
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