[发明专利]光模块用钨铜热沉部件的制备方法

说明书

本发明公开了光模块用钨铜热沉部件的制备方法，基于湿磨和喷雾干燥造粒制备球形复合粉末，铜相和活化烧结元素分布于纳米尺寸的钨颗粒的间隙中，烧结过程不仅有铜液相引起的铜相填充和钨颗粒重排，还有纳米钨粉颗粒的固相烧结，因此最可以大幅度降低烧结温度和生产成本。采用注射成形工艺制备光模块用钨铜热沉部件，原料利用率高，零件的尺寸精度好，热沉部件的热性能优异，表面状态优良。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及光模块用钨铜热沉部件的制备方法。

背景技术

随着5G时代的到来，对于大功率光模块的需求越来越多，且单个光模块的功率也越来越大，这就对光模块的热沉部件的导热性能提出了更高的要求。现有Kovar合金的导热性能已很难满足要求，而导热性能优异、热膨胀系数低的钨铜(W-Cu)复合材料则能满足其导热需求。但是，光模块的热沉部件一般尺寸较小，且零件的壁薄、形状复杂。而W-Cu复合材料多采用液相烧结和熔渗法制备。由于W与Cu完全不固溶，液相烧结很难获得高致密度的W-Cu复合材料，因而液相烧结制备的W-Cu复合材料的导热率较低。此外，虽然熔渗法可以制备高致密度和高性能的W-Cu复合材料，但是熔渗法只能制备简单形状的块体，需要经过大量加工才能制造成光模块用热沉部件，材料浪费多、效率低。所以，寻找一种可以快速、低成本、高材料利用率且获得优异导热性能部件的制备方法迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供光模块用钨铜热沉部件的制备方法，制备的光模块用钨铜热沉部件具有热导率高和热膨胀系数低的特点。

本发明所采用的技术方案是，光模块用钨铜热沉部件的制备方法，光模块用钨铜热沉部件中各成分质量占比为：铜8％～22％，活化烧结元素的质量分数为0.05％～1.0％，其余成分为钨，具体按照以下步骤实施：

步骤1、以钨粉、铜源和活化烧结元素源为原料，使用湿磨将原料按一定比例混合均匀制备成浆料，再利用喷雾干燥设备将浆料制备成球形复合粉末，将球形复合粉末在氢气中煅烧还原获得球形W/Cu/活化烧结元素复合粉末；

步骤2、将球形W/Cu/活化烧结元素复合粉末与粘结剂在150～170℃下混炼2～4h，粉末与粘结剂的体积比为45:55～65:35，制备出注射成型喂料；

步骤3、将喂料在注射成型设备上制备出所需光模块用钨铜热沉部件形状的坯体；

步骤4、将注射成型坯体脱脂后高温烧结，得到光模块用钨铜热沉部件。

本发明的特点还在于：

步骤1中活化烧结元素为可溶性Ni、Fe、Co、Pd金属盐中的至少一种。

钨粉粒径为0.2～1μm。

步骤1中铜源为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或多种混合。

步骤1球形复合粉末粒径为15～50μm，球形率95％。

步骤1将球形复合粉末在氢气中煅烧的煅烧工艺为加热至400℃，升温速率为1～5℃/min，保温2h之后以5℃/min升温至800℃保温2h。

步骤2中粘结剂为蜡基粘结剂。

步骤4高温烧结过程为：在1100～1250℃氢气气氛中烧结1～4h。

光模块用钨铜热沉部件导热率≥200W·m^-1·K^-1，热膨胀系数≤8.0×10^-6/K，相对密度≥98％。

本发明有益效果是：

1)本发明基于湿磨和喷雾干燥造粒制备球形复合粉末，铜相和活化烧结元素分布于纳米尺寸的钨颗粒的间隙中，烧结过程不仅有铜液相引起的铜相填充和钨颗粒重排，还有纳米钨粉颗粒的固相烧结，因此最可以大幅度降低烧结温度和生产成本。