[發(fā)明專利]一種Cu-Sn金屬間化合物骨架相變材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108588456B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 祝溫泊;李明雨;張嘉恒;黃燕
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C9/02
• 代理公司: 44451 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 黎健任

本發(fā)明提供了一種Cu?Sn金屬間化合物骨架增強相變復合材料及其制備方法，該材料內部存在連續(xù)的高熔點金屬間化合物骨架結構及低熔點合金，其制備方法包括：S1制備特定尺寸的Cu和Sn基合金粉末；S2對金屬粉末進行表面處理，并進行低速?高速二次離心；S3將兩種金屬粉末按比例混合，得到復合合金粉末；S4經加熱、復合，獲得具有金屬間化合物骨架結構的Cu?Sn基相變復合材料。該復合材料中的金屬間化合物骨架具有高熔點(415～640℃)、高機械強度(室溫強度可達80MPa、250℃高溫強度可達40MPa)和較好的導熱導電性能，其成本較低、制備工藝簡單，尤其適合應用于熱敏感材料和電子制造領域作為熱界面材料或封裝材料。

技術領域

本發(fā)明涉及復合材料領域，更具體地，涉及一種Cu-Sn金屬間化合物骨架相變材料及其制備方法。

背景技術

隨著人們對電子產品的多功能化、輕便化的要求不斷提高，電子信息系統(tǒng)沿著小型化、高密度化和高性能化的方向不斷進步，器件的集成度、I/O引腳數、功耗不斷提高，使得互連焊點的熱管理問題日益突出。當大功率設備(如大功率LED、航天電子、汽車電子等)工作時，內部芯片互連焊點往往需要承受250-300℃以上的高溫，而對于新興的3D高密度封裝技術，大幅度增加的封裝系統(tǒng)功率密度也會引起系統(tǒng)內工作溫度的進一步提高，因此互連材料的耐熱性成為決定大功率電子器件服役性能及可靠性的關鍵問題。

然而，傳統(tǒng)的無鉛釬料如Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag等合金(熔點為150-230℃)在高溫環(huán)境下將直接熔化；高熔點釬料在使用時需要較高的焊接溫度，易造成元器件的高溫損傷；納米漿料的價格昂貴，成本過高，均無法滿足大功率電子器件的封裝要求。

例如CN107096988A公開了一種快速制備電子封裝材料Cu3Sn金屬間化合物的方法：一、將Sn箔和Cu箔放入無水乙醇中進行超聲清洗；二、在清洗后的Sn箔的兩面涂抹助焊膏，將Cu箔放置在Sn箔表面，形成Cu/Sn/Cu三明治結構箔片；三、Cu/Sn/Cu結構箔片置于線圈中，在箔片的表面用重物壓上，控制加熱溫度為240℃～530℃，釬焊時間為20s～300s，持續(xù)施加0.007MPa～0.05MPa壓力進行封裝。然而，為獲得均勻的Cu3Sn金屬間化合物，Sn、Cu金屬箔的厚度必須非常薄，其制備難度大且工藝非常復雜；而箔式三明治結構中助焊膏揮發(fā)不暢，也易導致所得材料內部形成大面積的孔洞，因此該發(fā)明所述制備方法無法廣泛應用于電子產品的封裝制造。

CN104625466A公開了一種可以在低溫下快速形成高溫焊點的錫基焊料/銅顆粒復合焊料，它是由錫基焊料粉、銅顆粒粉以及助焊膏組成。其中，錫基焊料粉與銅顆粒粉的重量比例在5：2至2：3之間，剩余助焊膏的重量比為4％-20％，優(yōu)選錫基焊料粉的粒徑尺寸為5μm-60μm，銅顆粒粉為0.1μm-10μm。然而，助焊劑在高溫條件下的揮發(fā)和溢出易導致焊點內部形成大量孔洞，即使形成焊點，由于材料結構疏松，其結構強度也往往較低，一般僅有30MPa。

為此，本發(fā)明結合金屬間化合物(IMC)的高熔點特性及軟釬料合金適用性廣的優(yōu)點，制備復合合金，促使其內部形成高強度、高熔點的IMC骨架以及低熔點合金，提高材料的高溫結構穩(wěn)定性和高溫服役性能。

發(fā)明內容

鑒于現有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種Cu-Sn金屬間化合物骨架相變材料及其制備方法，旨在獲得具有優(yōu)秀高溫結構穩(wěn)定性和服役性能的無鉛復合材料，解決現有釬料及納米漿料高溫服役性能差、成本高、可靠性低的問題。

本發(fā)明首先提供了一種Cu-Sn基金屬間化合物骨架增強相變復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：分別制備特定尺寸的Cu金屬粉末和Sn基合金粉末；

S2：對步驟S1所得的兩種金屬粉末進行表面處理，并進行低速-高速二次離心；

S3：將步驟S2中所得兩種金屬粉末按比例混合，得到復合合金粉末；