[发明专利]一种快速制备铜钼多层复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于电子封装材料技术领域，具体涉及了一种快速制备铜钼多层复合材料的方法。

背景技术

随着电子信息技术的迅猛发展，半导体器件不断向高功率、高集成度、便携化的方向发展，工作温度不断升高。如果器件工作时不能及时散热，会导致性能退化、寿命缩短。寻找优良的电子封装材料，是解决高功率器件散热问题的重要途径，对于提高器件的性能、可靠性和使用寿命具有重要意义。电子封装及热沉材料不仅要具有高的热导率，而且需要有与芯片材料相匹配的热膨胀系数，以避免器件在封装或使用过程中因热应变失配引起变形或损坏。单一材料很难同时满足上述要求，Cu/Mo/Cu层状复合材料兼具Cu的高导热性和Mo的低热膨胀性，且性能可调，是极具竞争力的高功率器件电子封装材料。

目前Cu/Mo/Cu层状复合材料以三层的“三明治”结构为主，制备方法主要有轧制法、爆炸法、热压法和熔覆法等。轧制法是最早见诸报道的制备方法，美国专利US4950554最早采用焊接轧制法获得了“三明治”结构的Cu/Mo/Cu层状复合材料；中国专利CN102357525和CN1850436分别采用热轧和冷轧法制备Cu/Mo/Cu层状复合材料；轧制法存在的主要缺陷是Cu和Mo互不相溶，经轧制退火后铜钼界面主要以机械啮合方式结合，界面结合强度不高，若要提高界面结合强度，必须提高轧制力，但容易导致本身脆性大的Mo出现开裂或分层；专利CN102371719中采用爆炸轧制法制备“三明治”结构的Cu/Mo/Cu层状复合材料，但该专利的技术方案中工艺步骤较多，且爆炸复合法本身存在较高危险性和噪音污染，且板形控制困难，不适于连续生产和对产品质量控制；专利CN1850436采用热压法制备Cu/Mo层状复合材料，先在Mo板表面预镀Cu层，再将镀Cu的Mo板进行轧制整形，然后与Cu板叠合进行热压烧结，这种方法工艺繁琐，而且电镀容易污染环境；专利CN1408485采用在Mo板上熔覆Cu层的方法制备“三明治”结构的Cu/Mo/Cu层状复合材料，但Cu冷却后需要冷轧整形，表面质量和层厚较难控制，且制备大层厚比复合材料时受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种快速制备铜钼多层复合材料的方法。该方法通过引入高密度电流直接对由铜片和钼片交替叠合铺层得到的多层结构板进行通电加热烧结,在温度和压力的联合作用下实现铜钼界面的快速扩散连接，从而提供一种工序简单、生产周期短的铜钼多层复合材料制备方法，本发明制备工艺生产的铜钼多层复合材料具有良好的热导率和热膨胀系数，铜钼界面结合强度高，产品一致性好，且可冲压成型。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种快速制备铜钼多层复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将铜片和钼片的表面进行打磨处理以除去氧化膜，然后用丙酮清洗打磨后的铜片和钼片，冷风吹干备用；单个所述铜片的厚度为0.1mm～0.65mm，单个钼片的厚度为0.24mm～1.8mm；

步骤二、将步骤一中清洗后的铜片和钼片交替叠合铺层，得到多层结构板，然后将所述多层结构板放入组合模具中；所述多层结构板的层数至少为三层，所述多层结构板的最外层均为铜片，所述组合模具包括中空结构的石墨外模，石墨外模的上端安装有上压头，石墨外模的下端安装有下压头，所述上压头、下压头和石墨外模内壁之间形成用于放置多层结构板的模腔，模腔的形状和尺寸均与所述多层结构板的形状和尺寸相匹配；

步骤三、将步骤二中装有多层结构板的组合模具放入等离子活化烧结炉中，调节所述等离子活化烧结炉的真空度为5Pa～15Pa，电流密度为300A/cm²～500A/cm²，轴向压力为50MPa～100MPa，在烧结温度为800℃～1000℃的条件下将多层结构板烧结处理10min～17min，待等离子活化烧结炉中的温度降至室温后除去轴向压力，脱模后得到铜钼多层复合材料。

上述的一种快速制备铜钼多层复合材料的方法，其特征在于，步骤二中所述层数为3～15层。

上述的一种快速制备铜钼多层复合材料的方法，其特征在于，步骤二中所述多层结构板中钼的体积百分含量为40％～60％。

上述的一种快速制备铜钼多层复合材料的方法，其特征在于，所述多层结构板中所用铜片的厚度均相等，所用钼片的厚度均相等，单个所述铜片与单个所述钼片的厚度比为1:(1～3)。

上述的一种快速制备铜钼多层复合材料的方法，其特征在于，步骤二中所述上压头和下压头均由碳化硅材料制成。