[發明專利]層疊結構熱沉材料及制備方法

無效

• 申請號: 201310001249.X
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103057202A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 況秀猛;張遠;朱德軍
• 申請（專利權）人: 江蘇鼎啟科技有限公司
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B22F7/02;C23C10/28
• 代理公司: 宜興市天宇知識產權事務所(普通合伙) 32208
• 代理人: 李妙英

技術領域

本發明涉及一種微電子封裝使用金屬基平面層狀復合型電子封裝材料，包括：銅/鎢銅/銅(C/W/C)，銅/鉬銅/銅(C/P/C)金屬復合熱沉材料導熱性能的改進。

背景技術

Cu/MoCu/Cu復合層板(簡稱CPC)和Cu/Mo/Cu復合層板(簡稱CMC)，因具有優良的導熱性能和可調節的熱膨脹系數，并能與Be0、Al203陶瓷匹配，是目前大功率電子元器件首選電子封裝材料。此類材料由兩面相對高導熱的銅、中間低導熱的鉬層材料(鉬或鉬銅合金)，經熱軋復合(例如如中國專利CN1843691、CN1850436)、爆炸成形等方法制得的平面疊層結構。作為封裝材料主要散熱方式，依靠縱向(厚度方向)傳導散熱，將承載其上的芯片等電子器件熱量導出散熱，即芯片將熱量傳導給封裝在里層的銅層，經縱向熱傳導，最后通過封裝在外層銅層向外散熱。然而由于中間層為低導熱層，所以其縱向傳導散熱效果不夠理想，不能將熱量快速帶出，從而限制了作為更大功率密度芯片封裝使用。有研究表明如果熱導率提高10%，芯片功率密度可以提高10%，如果能提高其散熱性能，則可以實現器件的小型化和高功率。其次，疊層式復合結構，界面結合強度有限，而使用過程中基板要經常承受熱應力循環，銅和鉬的熱膨脹系數不同(銅的熱膨脹系數約為鉬的三倍)，在受熱或降溫時，銅鉬沿復合界面方向伸長或收縮不同，從而產生拉應力，拉應力達到一定程度時，就會在結合界面上產生微裂紋，或者鼓泡，嚴重時使得界面大規模分離，使用壽命縮短，甚至導致復合熱沉材料失效。同時還存在上下銅層厚度不均勻，當誤差超過0.05mm后，由于兩層銅的厚度不一致，和陶瓷框釬焊后產生應力，造成熱沉材料變形彎曲。

上述不足仍有值得改進的地方。

發明內容

本發明目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種縱向導熱性能更好，并能有效延長使用壽命的層疊結構熱沉材料。

本發明另一目的在于提供一種上述層疊結構熱沉材料制備方法。

本發明第一目的實現，主要改進是在層疊結構是在高溫熔滲時一次完成，中間層材料(鎢銅或鉬銅合金)與兩面復合銅層實際是一個整體，接觸良好中間沒有氣孔等影響導熱率的不利因素，加速了一側銅基板熱量向另一側銅基板的縱向傳導，從而提高了復合層板縱向熱傳導能力，克服現有技術的不足，實現本發明目的。具體說，層疊結構熱沉材料，包括銅-鉬銅或鎢銅-銅三層復合，其特征在于通過熔滲和銅復合一次完成，實現中間層鉬銅或鎢銅中所含銅成分與兩表面銅層熔為一體，所述熱沉材料線膨脹系數為6-10?ppm/℃。這樣，三層之間沒有影響導熱率的不利因素存在，既提高了疊層間結合牢度，又有利于熱的縱向傳導，視三層厚度比不同而異，熱導率(TC)?至少增加10%及以上。

中間層材料(鎢銅或鉬銅合金)與兩面復合的銅層實際是一個整體，接觸良好，中間沒有氣孔等影響導熱率的不利因素，加速了一側銅基板熱量向另一側銅基板的縱向傳導，從而提高了復合層板縱向熱傳導能力，克服現有技術的不足，實現本發明目的。

本發明層疊結構熱沉材料制備，其特征在于層疊結構是在高溫熔滲時一次完成，即熔滲和銅復合一次完成，中間層材料鎢銅或鉬銅合金中所含銅與兩面的復合銅層熔為一整體，完成熔滲/層疊復合后，經機械加工成最終產品。

本發明方法中，利用熔滲過程殘留的銅層，并控制其厚度大于0.1mm，以實現層疊結構的上下表面層，提升熱沉材料的熱導率和材料利用率，以及使用壽命。。除在熔滲過程中保留和控制層疊結構中銅層厚度，以實現層疊結構的上下表面層，其余方法步驟與現有技術鎢銅（鉬銅）合金熔滲工藝基本相同，熔滲-復合采用工裝夾具完成。

當然本領域普通技術人員能夠理解到，除熔滲復合方法外，還可以采用其他方式，例如擴散焊接復合。

本發明層疊結構熱沉材料，相對于現有技術，由于中間層材料(鎢銅或鉬銅合金)與兩面復合銅層實際是一個整體，不僅降低了材料的熱阻，顯著提高了其縱向熱傳導性能，以CPC厚度比1：1：1為例，縱向熱導率由原來的250W/M.K左右，提高到300W/M.K左右(三者厚度比不同，改善熱傳導也不同)，提高了20%，因而可以增加20%功率密度，或者縮小體積20%；而且疊層間不存在界面，也顯著增加了復合界面的結合強度，并且由于熱傳導性能的改善，顯著降低了銅鉬界面間拉應力，經熱循環試驗，抗層間分離能力顯著提高，抗剝離力提高30%，從而有效延長了CPC材料的使用壽命，同時提高鎢粉鉬粉的使用率，降低成本。