[發明專利]一種功率器件用熱沉材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200810054955.X
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101265541A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 宋希振
• 申請（專利權）人: 宋希振
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C1/04;B22F3/12
• 代理公司: 衡水市盛博專利事務所
• 代理人: 馬云海

技術領域

本發明屬于功率器件的構件技術領域，具體的講涉及一種功率器件用熱沉材料及其制備方法。

背景技術

電子器件，尤其是大功率器件，工作時構成上述器件的半導體芯片會產生熱量，為了能夠將熱量及時導出必須使用熱沉或封裝材料。在電子器件結構上，由于熱沉或封裝材料與半導體芯片連接在一起形成一體結構，因此，所使用的熱沉或封裝材料不僅具有良好的導熱性能，而且其熱膨脹系數還必須與半導體芯片相匹配。

目前，大功率的電子器件所使用的熱沉或封裝材料為金屬鉬構成，但由金屬鉬構成的熱沉或封裝材料的熱導率只能達到146.5w/m·k；隨著功率器件的功率不斷增大的要求，必須選用其他的既與半導體芯片的熱膨脹系數相一致且熱導率大的新材料來代替金屬鉬構成的熱沉或封裝材料。

發明內容

本發明的目的就是提供一種能夠滿足大功率的電力電子器件和大規模集成電路所使用的熱沉或封裝材料。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案為：

一種功率器件用熱沉材料，由5-20重量份的銅和80-95重量份的鎢構成。

制備上述一種功率器件用熱沉材料的方法，包括下列步驟：

第一步?混料

取鎢粉或摻有一定比例銅粉的鎢銅混合粉置入滾筒中，同時加入潤濕劑進行混合；

第二步?壓制成型

將混合均勻的鎢粉或所述的鎢銅混合粉取出置入模具中壓制成型；

第三步?燒結

將壓制成型的鎢粉或所述的鎢銅混合粉和所需的銅塊疊好，置入還原七分獲真空燒結爐中加溫至1200-1500℃進行燒結熔滲；

第四步?后處理

將燒結熔滲的鎢銅合金取出，切割成所需要的厚度并鍍鎳后即可成為功率器件所使用的熱沉材料；

其中：

——在所述的壓制成型工序中，其中模具中包括有若干層的混合均勻的鎢粉或摻有一定比例銅粉的鎢銅混合粉和若干層的銅或銅銀纖維絲層，二者相間疊加，且兩端層均為混合均勻的鎢粉或摻有一定比例銅粉的鎢銅混合粉；

——所述的銅或銅銀纖維絲層為編制的網狀結構；

——所述的銅或銅銀纖維絲層為徑向或縱向的單向纖維結構層；

——所述的鎢粉或鎢銅混合粉包含有若干種不同的粒度。

本發明所提供的一種功率器件用熱沉材料及其制備方法與現有技術相比具有以下優點：

1、由于該功率器件用熱沉材料采用由高熔點、高硬度的鎢和高導電、導熱率的銅所構成的假合金而通過溫度為1200-1500℃燒結熔滲形成，其中金屬鎢的含量在80-95％間，銅的含量在5-20％間，即燒結后，金屬鎢由于沒有熔化而形成復合材料的骨架，由于含量在80-95％的金屬鎢形成復合材料的骨架，該骨架具有極小的熱膨脹率，同時調節銅的含量可以達到調節所構成的熱沉材料的膨脹率，從而可以保證與半導體材料相匹配的膨脹系數的特點；

2、經過溫度1200-1500℃的燒結熔滲工序，由于金屬銅的熔點為1085℃，燒結時熔化并充滿整個金屬鎢形成的骨架形成連片結構，因此該結構的熱沉材料保證了其良好的導熱性能；經檢測由由5-20重量份的銅和80-95重量份的鎢構成的熱沉材料或封裝材料的熱導率能夠達到220w/m·k以上；

3、由于在制備功率器件用熱沉材料的工藝過程中，在形成熱沉材料的坯中的預定方向上埋入了若干層的金屬銅或銀銅纖維層，使得熱沉材料中的具有導熱特性的金屬銅或銀銅纖維能夠形成連體結構，因此所制備的熱沉材料具有定向的導熱性能。

附圖說明

圖1：為功率器件用熱沉材料的內部顯微結構示意圖；

圖2：燒結成型后的功率器件用熱沉材料坯塊的結構示意圖；

圖3：具有定向導熱特性的功率器件用熱沉材料的內部顯微結構圖；

圖4：具有雙向導熱特性的功率器件用熱沉材料的坯塊結構圖；

圖5：具有雙向導熱特性的功率器件用熱沉材料的內部顯微結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明所提供的功率器件用熱沉材料及其制備方法的作進一步的詳細說明。

實施例1

如圖1所示，為本發明所提供的燒結熔滲后鎢銅合金的內部結構圖，包括由金屬鎳鍍層3包裹的金屬鎢構成的骨架1和滲熔于該骨架中的具有導熱性能的金屬銅2。該結構的鎢銅合金通過以下工序制備。

第一步?混料

取粒度分別為4-6微米的鎢粉20公斤和60公斤以及1.2Kg的硬脂酸置入球磨筒中攪拌混合，混合時間1小時。

第二步?壓制成型