CN1850436A - 一种具有特殊层厚比例的铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法 - Google Patents

一种具有特殊层厚比例的铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子封装材料领域，主要应用于集成电路、激光器件等半导体行业中的金属封装行业，特别是涉及一种采用在钼板上电镀或喷涂铜层后的轧制工艺制备具有特殊层厚比例的铜/钼/铜电子封装复合材料的方法。该方法包括表面处理、电镀或喷涂、退火、冷轧、后续处理五个步骤。本发明与现有技术相比具有生产工序简化，生产周期缩短，生产效率高，成本低的优点；其成品具有高导热、高强度，厚度比例特殊，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。用该方法能够生产出钼层与铜层的厚度比大于1∶4∶1的铜/钼/铜多层金属复合材料。

Description

一种具有特殊层厚比例的铜/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，主要应用于集成电路、激光器件等半导体行业的金属封装行业，特别是涉及一种采用在钼板上电镀或喷涂铜层后轧制的工艺制备具有特殊层厚比例的铜/钼/铜电子封装多层复合材料的方法。
背景技术
电子封装材料又称热控制材料，是用于微电子工业的一种具有低膨胀系数和高导电、导热性能的封装材料，军用热控装置也需要这种材料。随着电子工业的发展，特别是集成电路封装密度的提高以及大功率化都对电子封装材料的要求越来越严格，传统的单一材料已无法满足对材料综合性能的要求，而复合材料独特的综合性能优势获得了广泛的重视。
铜/钼/铜是一种“三明治”结构，芯材为金属钼，双面覆以铜板。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，可通过调整钼、铜的厚度来调整其热膨胀系数和热导率，同时兼具高强度、可冲制成型等特点。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，冷却后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厚度控制较差，特别是在制备钼层与铜层厚度比例较大的复合材料时受到限制。美国专利(US4950554，US4988392，US4957823)是采用焊接轧制方法制备铜钼铜复合材料，相比较本发明，美国专利中增加了轧前焊接的工序，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生产工序简化，缩短生产周期，生产效率高，成本低的制备特殊层厚比例的铜/钼/铜电子封装复合材料的方法。其成品具有高导热、高强度，特殊厚度比例，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，本发明的技术方案是包括表面处理、电镀或喷涂、退火、冷轧、后续处理五个步骤，其具体步骤如下：
A、表面处理：将厚度为0.1-1mm的钼板经过表面处理，清除表面的污物，获得一定的清洁度和不同的粗糙度，达到增强复合强度的目的。
B、电镀或喷涂：在钼板表面电镀或喷涂上厚度为0.01-0.25mm的无氧铜层；
C、退火：在真空或气体保护状态下，将经过电镀或喷涂的铜/钼/铜复合板在500-900℃温度下退火处理1.5小时，以达到消除材料应力，净化表面并为下一步冷轧做准备。
D、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。
E、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，上述成品板材铜/钼/铜的厚度配比为1∶4∶1～1∶6∶1。
上述方法中保护气体是氢气、氮气或氩气中的一种。
本发明与现有技术相比具有生产工序简化，生产周期缩短，生产效率高，成本低的优点；其成品高导热、高强度，具有特殊厚度比例，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。用该方法能够生产出钼层与铜层的厚度比大于1∶4∶1的铜/钼/铜多层材料。具体如下：
1、采用电镀或喷涂-轧制工艺制备铜/钼/铜电子封装材料，能够制备出用常规包覆后轧制难以制备的特殊厚度比例的铜/钼/铜电子封装材料，其钼层与铜层的比例大于1∶4∶1，且满足高导热，高强度的性能要求。
2、导热率和热膨胀系数可以通过铜、钼层的厚度比例来控制，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、采用电镀或喷涂法生产铜/钼/铜电子封装材料，简化了生产工序，缩短了生产周期，有利于提高产品的生产效率和控制成本。
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出表中。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的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的尺寸规格及制备工艺步骤和工
                              艺参数表
序号 钼板厚度mm   电镀或喷涂铜层厚度mm             退火     冷轧   铜钼铜材料尺寸mm    铜钼铜比例
   气体保护气氛  温度℃/时间  道次n  厚度mm
1 0.39   0.09     氢气   600℃，1.5h     2   0.5    0.5×165×165     1∶5∶1
2 0.20   0.05     氮气   700℃，1.5h     4   0.25    0.25×165×165     1∶5.5∶1
3 0.18   0.04     真空   800℃，1.5h     8   0.2     0.2×165×165     1∶6∶1
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、冷轧的工艺制备成铜/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     26     218     6.1
    2     25     210     5.9
    3     22     208     5.7
    4     18     194     6.5
    5     20     225     6.9

Claims (2)

1、一种具有特殊层厚比例的铜/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、电镀或喷涂、退火、冷轧、后续处理五个步骤，其具体步骤如下：
A、表面处理：将厚度为0.1-1mm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、电镀或喷涂：在钼板表面电镀或喷涂上厚度为0.01-0.25mm的无氧铜层；
C、退火：在真空或气体保护状态下，将经过电镀或喷涂的铜/钼/铜复合板在500-900℃温度下退火处理1-2小时；
D、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，厚度为0.1-1mm；
E、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，成品板材的铜/钼/铜的厚度配比为1∶4∶1～1∶6∶1。
2、根据权利要求1所述的具有特殊层厚比例铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法，其特征在于上述方法中保护气体是氢气、氮气或氩气中的一种。
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