本發(fā)明是針對電子封裝芯片的散熱問題，屬于封裝散熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銅-電氣石復(fù)合散熱材料及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

電子封裝材料用于承載電子元器件及其連接線路，封裝對芯片具有機械支撐和環(huán)境保護(hù)作用，對電路的熱性能和可靠性起到重要作用。隨著信息化時代的迅速發(fā)展，對現(xiàn)代電子元器件集成度和運行速度的要求越來越高，相應(yīng)功耗也越來越大，這必然會導(dǎo)致電路發(fā)熱量的提高，從而使工作溫度不斷上升。電子封裝材料按照材料組分，可分為金屬電子封裝材料、塑料電子封裝材料、陶瓷電子封裝材料。

陶瓷電子封裝材料的優(yōu)點是：1.低介電常數(shù)，高頻性能好；2.可靠性高；3.強度高，熱穩(wěn)定性好；4.高導(dǎo)熱率；5.氣密性好，化學(xué)性能穩(wěn)定；6.耐濕性好等。

塑料電子封裝材料成本低、工藝簡單，是實現(xiàn)電子產(chǎn)品小型化、輕量化和低成本的一類重要電子封裝材料。

金屬電子封裝材料最早應(yīng)用于電子封裝中，因為其熱導(dǎo)率和強度較高、加工性能較好，相對于其他兩種電子封裝材料，能夠更好的適用電路發(fā)熱量更高的封裝環(huán)境。

而傳統(tǒng)的金屬電子封裝材料由于具有一些不可避免的問題，如密度大、散熱性差、價格昂貴、具有毒性等缺點，己經(jīng)不能滿足電子封裝的發(fā)展要求，因此開發(fā)低成本、低膨脹、高散熱、可靠性高的電子封裝材料已成為當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種銅-電氣石復(fù)合散熱材料的制備方法，該方法工藝簡單、成本較低，制備的散熱材料具有優(yōu)良的散熱性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種銅-電氣石復(fù)合散熱材料的制備方法，將電氣石粉末與銅粉末混合均勻得到混合粉末，將混合粉末置于粉末冶金模具中進(jìn)行壓塊，將壓塊后的物料進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)后即得銅-電氣石復(fù)合散熱材料，其中，所述混合粉末中質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％～95％的粉末為電氣石粉末，余量為銅粉末。

本發(fā)明采用電氣石具有較高的紅外線發(fā)射散熱性能，通過利用銅粉末將電氣石粉末粘結(jié)成具有一定機械強度的板材，銅粉末作為粘結(jié)劑不僅能夠提高電氣石粉制備板材的機械強度，而且增強了電氣石的散熱性能。

由于制成的散熱材料中含有50％～95％的電氣石，導(dǎo)致其加工性能降低，本發(fā)明采用模板能夠直接將散熱材料制備成目標(biāo)板材，防止二次加工對材料產(chǎn)生的破壞。

燒結(jié)溫度較高，銅在高溫下容易氧化，為了防止銅在燒結(jié)時被氧化，本發(fā)明采用真空燒結(jié)，采用真空燒結(jié)，不僅使物料處于真空條件，而且能夠?qū)⒏街谖锪仙系目諝馊コ?，從而完全防止銅的氧化。

本發(fā)明的目的之二是提供一種上述制備方法制備的銅-電氣石復(fù)合散熱材料。該散熱材料與傳統(tǒng)金屬電子封裝材料相比，成本低、散熱性能高、可靠性高。

本發(fā)明的目的之三是提供一種上述散熱材料電子封裝芯片中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的制備工藝簡單，效率高，能耗低，所制得的復(fù)合材料具有高出紫銅的1～2倍的散熱性，材料散熱性能優(yōu)良，并具有較高機械強度。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是示例性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在傳統(tǒng)金屬電子封裝材料密度大、散熱性差、價格昂貴等不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N銅-電氣石復(fù)合散熱材料的制備方法。

本申請的一種典型實施方式，提供了一種銅-電氣石復(fù)合散熱材料的制備方法，將電氣石粉末與銅粉末混合均勻得到混合粉末，將混合粉末置于粉末冶金模具中進(jìn)行壓塊，將壓塊后的物料進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)后即得銅-電氣石復(fù)合散熱材料，其中，所述混合粉末中質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％～95％的粉末為電氣石粉末，余量為銅粉末。

本發(fā)明采用電氣石具有較高的紅外線發(fā)射散熱性能，通過利用銅粉末將電氣石粉末粘結(jié)成具有一定機械強度的板材，銅粉末作為粘結(jié)劑不僅能夠提高電氣石粉制備板材的機械強度，而且增強了電氣石的散熱性能。

由于制成的散熱材料中含有50％～95％的電氣石，導(dǎo)致其加工性能降低，本發(fā)明采用模板能夠直接將散熱材料制備成目標(biāo)板材，防止二次加工對材料產(chǎn)生的破壞。

燒結(jié)溫度較高，銅在高溫下容易氧化，為了防止銅在燒結(jié)時被氧化，本發(fā)明采用真空燒結(jié)，采用真空燒結(jié)，不僅使物料處于真空條件，而且能夠?qū)⒏街谖锪仙系目諝馊コ?，從而完全防止銅的氧化。

由于銅粉成本較高，為了進(jìn)一步降低復(fù)合散熱材料的成本，優(yōu)選的，所述混合粉末中質(zhì)量分?jǐn)?shù)80％～95％的粉末為電氣石粉末，余量為銅粉末。

優(yōu)選的，所述壓塊的施加載荷為40～50kn。

優(yōu)選的，所述壓塊的載荷時間為30～60s。

為了防止壓塊后的物料散落，優(yōu)選的，將壓塊后的物料與粉末冶金模具一起進(jìn)行真空燒結(jié)。

為了防止銅熔化沾到模具上，使得模具不能重復(fù)利用，優(yōu)選的，先在粉末冶金模具內(nèi)鋪一層碳紙，然后將混合粉末置于粉末冶金模具中。

優(yōu)選的，所述燒結(jié)溫度為800～1000℃。當(dāng)溫度低于800℃時，制備的散熱材料強度較低，無法應(yīng)用于電子封裝芯片，當(dāng)溫度高于1000℃時，使得電氣石的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而降低了散熱材料的散熱性能。

優(yōu)選的，所述燒結(jié)時間為5～10min。

優(yōu)選的，采用真空高頻感應(yīng)爐進(jìn)行真空燒結(jié)。

本申請還提供了一種上述制備方法制備的銅-電氣石復(fù)合散熱材料。該散熱材料與傳統(tǒng)金屬電子封裝材料相比，成本低、散熱性能高、可靠性高。

本申請還提供了一種上述散熱材料電子封裝芯片中的應(yīng)用。

為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本申請的技術(shù)方案，以下將結(jié)合具體的實施例與對比例詳細(xì)說明本申請的技術(shù)方案。

實施例1

按電氣石90％、銅10％的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取粉末，使用yxqm型行星式球磨機對粉末進(jìn)行攪拌處理，使其混合均勻，將混料放到粉末冶金模具中進(jìn)行壓塊(模具中放入粉末前在下模中鋪一層耐高溫碳紙，目的是防止后續(xù)燒結(jié)時，銅熔化沾到模具上，使得模具不能重復(fù)利用)，施加大小為45kn的載荷，保持30s。壓塊后將上下模具用螺栓螺母連接，然后把模具放到真空高頻感應(yīng)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1000℃,保持10min，制得銅-電氣石復(fù)合散熱材料。對電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)90％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的銅-電氣石復(fù)合散熱材料與紫銅板進(jìn)行散熱性對比，將紫銅加工成與銅-電氣石復(fù)合散熱材料相同的尺寸，然后對兩者加熱到34℃后，立即放置在室溫環(huán)境(20℃)中進(jìn)行降溫，使用秒表記錄降溫到30℃時二者所用時間，比較兩者的散熱性。所用溫度測量儀器為欣寶測溫儀dm6801b數(shù)字溫度表和測溫儀傳感器wrnm-201。表1為電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)90％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的銅-電氣石復(fù)合散熱材料降溫時間表，表2紫銅板降溫時間表。

表1電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)90％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的銅-電氣石復(fù)合散熱材料降溫時間表

表2紫銅板降溫時間表

由表1及表2可知，從34℃降溫到30℃，電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)90％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的銅-電氣石復(fù)合散熱材料所用時間為42.2s，紫銅所用時間為107.46s，即電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)90％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的銅-電氣石復(fù)合散熱材料的散熱性是紫銅的2.5倍，也就是說電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)90％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的銅-電氣石復(fù)合散熱材料具有高出紫銅1.5倍的散熱性。同時制備的電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)90％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的銅-電氣石復(fù)合散熱材料不易碎裂，具有較高的機械強度。

實施例2

本實施例與實施例1的制備方法相同，不同之處在于，本實施例中電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)80％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％。本實施例制備的銅-電氣石復(fù)合散熱材料的散熱性與實施例1的散熱性相似，具有比實施例1制備的復(fù)合散熱材料更高的機械強度。

實施例3

本實施例與實施例1的制備方法相同，不同之處在于，本實施例中電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)60％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)40％。本實施例制備的銅-電氣石復(fù)合散熱材料的散熱性與實施例1的散熱性相似，具有比實施例2制備的復(fù)合散熱材料更高的機械強度。

實施例4

本實施例與實施例1的制備方法相同，不同之處在于，本實施例中電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)95％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％。本實施例制備的銅-電氣石復(fù)合散熱材料的散熱性與實施例1的散熱性相似，其機械強度較低。

對比例1

本對比例與實施例1的制備方法相同，不同之處在于，本對比例中電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)97％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％。本對比例無法制備成板狀材料，從而無法檢測該材料的散熱性能，同時該材料的機械強度太差，導(dǎo)致無法應(yīng)用于電子封裝芯片。

對比例2

本對比例與實施例1的制備方法相同，不同之處在于，本對比例中電氣石質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％。本對比例制備的銅-電氣石復(fù)合散熱材料的散熱性比紫銅的散熱性能差。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。