一種熱沉材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱沉材料，該熱沉材料由高熱導(dǎo)組分和低膨脹組分組成；所述的高熱導(dǎo)組分的質(zhì)量百分含量沿著錐形中心軸線方向上呈現(xiàn)梯度變化。所述的高熱導(dǎo)組分為熱導(dǎo)率500?150W/m.k的材料，包括純銅、銅合金、純銀、銀合金、純鋁、鋁合金等。所述的低膨脹組分為熱膨脹系數(shù)2.9?8.1ppm/k的材料，包括純鎢、鎢合金、純鉬、鉬合金等。所述的錐形為一頭大另一頭小的形狀，包括圓錐、圓臺(tái)、梯形臺(tái)、菱錐、菱臺(tái)、楔形等。本發(fā)明熱沉材料，性能好，成本低，導(dǎo)熱性能可提高30?50％，熱膨脹系數(shù)能更好與芯片匹配，能夠滿足目前大功率電子器件對(duì)熱沉材料的要求。
【專利說明】
一種熱沉材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種熱沉材料。【背景技術(shù)】
[0002]熱沉材料是微電子領(lǐng)域的關(guān)鍵材料之一，隨著微電子器件功率不斷的增大，對(duì)熱沉材料的要求也越來越高。既要求有良好的導(dǎo)熱性能，同時(shí)又要有與芯片匹配較低的熱膨脹系數(shù)。
[0003]銅、銀和鋁等材料具有高的導(dǎo)熱性能且易于加工，但是熱膨脹系都比較數(shù)大，不適合單獨(dú)作為熱沉材料。鎢具有較低的熱膨脹系數(shù)，但是導(dǎo)熱性能不是很好，也不適合單獨(dú)作為熱沉材料。將銅和鎢、鉬結(jié)合，取銅的高導(dǎo)熱性能，鎢、鉬的低膨脹性能制備成鎢銅合金、 鉬銅合金可得到既有較高導(dǎo)熱性能，又有低膨脹系數(shù)的微電子熱沉材料。傳統(tǒng)的鎢銅和鉬銅合金成分都是均勻的，沒有梯度變化。而在實(shí)際使用過程中，只要求熱沉材料在焊接電子芯片的面上熱膨脹系數(shù)較低與芯片匹配就可以了，其他面導(dǎo)熱性能越高越好。傳統(tǒng)的鎢銅、 鉬銅合金由于成分是均勻的，無法實(shí)現(xiàn)這種性能的變化，因此沒有將鎢銅、鉬銅合金的性能發(fā)揮到最大。難以滿足現(xiàn)代高性能電子元器件對(duì)熱沉材料的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是如何使熱沉材料焊接面高熱導(dǎo)組分含量稍低，而在遠(yuǎn)離焊接面上，高熱導(dǎo)組分含量逐漸增加，從而提供一種新穎的熱沉材料。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種熱沉材料，該熱沉材料由高熱導(dǎo)組分和低膨脹組分組成;所述的高熱導(dǎo)組分在低膨脹組分骨架內(nèi)呈錐形分布，高熱導(dǎo)組分的質(zhì)量百分含量沿著錐形中心軸線方向上呈現(xiàn)梯度變化。
[0008]優(yōu)選地，所述的高熱導(dǎo)組分為熱導(dǎo)率500-150W/m.k的材料。
[0009]優(yōu)選地，所述的高熱導(dǎo)組分為純銅、銅合金、純銀、銀合金、純鋁、鋁合金；優(yōu)選純銅。
[0010]優(yōu)選地，所述的低膨脹組分為熱膨脹系數(shù)2.9-8.lppm/k的材料。[〇〇11]優(yōu)選地，所述的低膨脹組分為純鎢、鎢合金、純鉬、鉬合金;優(yōu)選純鎢。
[0012]優(yōu)選地，所述的錐形為一頭大另一頭小的形狀。[〇〇13]優(yōu)選地，所述的錐形為圓錐、圓臺(tái)、梯形臺(tái)、菱錐、菱臺(tái)、楔形;優(yōu)選圓錐。[0〇14](三)有益效果
[0015]本發(fā)明的熱沉材料，其導(dǎo)熱性能可提高30-50% ;對(duì)于2mm厚度，焊接面上鎢質(zhì)量含量為10%的鎢銅合金，熱導(dǎo)率可達(dá)230w/(m ? K)，而熱膨脹系數(shù)僅為5.6-6.0xl(T6/K。對(duì)于 2mm厚度，焊接面上鎢質(zhì)量含量為20%的鎢銅合金，熱導(dǎo)率可達(dá)300w/(m ? K)，而熱膨脹系數(shù)僅為7.6-8.5xl(T6/K。本發(fā)明的熱沉材料，其熱導(dǎo)進(jìn)一步提高，熱膨脹系數(shù)能更好與芯片匹配。
[0016]本發(fā)明的新型熱沉材料，性能好，成本低，能夠滿足目前大功率電子器件對(duì)熱沉材料的要求?！靖綀D說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1是本發(fā)明熱沉材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明熱沉材料的芯片焊接面的成分分布圖；
[0020]圖3是本發(fā)明熱沉材料的散熱面的成分分布圖；[0021 ]圖4是本發(fā)明熱沉材料的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]附圖標(biāo)記:01、低膨脹組分，02、高熱導(dǎo)組分，03、芯片焊接面，04、散熱面?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇23]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0024]本發(fā)明是一種新的熱沉材料，其組分的含量可沿一個(gè)固定方向規(guī)律變化，即在與芯片焊接的面上銅、銀和鋁等高導(dǎo)熱組分含量稍低且鎢或者鉬含量稍高一些，而在遠(yuǎn)離焊接面上，高熱導(dǎo)組分含量逐漸增加，而低膨脹組分含量隨之減少;其成分沿主要散熱方向呈現(xiàn)梯度變化。這樣在焊接面上低膨脹組分含量高，該面就有較低的膨脹系數(shù)能與芯片匹配， 而沿著散熱方向高導(dǎo)熱組分含量增加，導(dǎo)熱性能極大提高。這樣就充分發(fā)揮了兩種組分的優(yōu)勢，使材料實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)熱沉材料無法實(shí)現(xiàn)的高熱導(dǎo)和低膨脹。
[0025]本發(fā)明的熱沉材料由低膨脹系數(shù)組分作為骨架，并在骨架中嵌入錐形高熱導(dǎo)組分，結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0026]根據(jù)圖1所示，01組分為低膨脹組分，主要是純鎢、純鉬或者鎢和鉬的合金，該組分連成整體，形成骨架，限制高導(dǎo)熱組分的膨脹，起到提供低的膨脹系數(shù)的作用;02組分是高熱導(dǎo)組分，并且在01組分內(nèi)部呈錐形分布，提供高的導(dǎo)熱性能。由于高導(dǎo)熱組分02在低膨脹組分01內(nèi)部呈錐形分布，這樣就造成了芯片焊接面03上高導(dǎo)熱組分含量低(見圖2)，低膨脹組分含量高，進(jìn)而03面的熱膨脹系數(shù)較低，能很好與芯片匹配;而在散熱方向上，隨著錐形的變化，高熱導(dǎo)組分02的含量不斷增加，低膨脹組分01的含量減少，最終在散熱面04上，高導(dǎo)熱組分02的含量達(dá)到最大(見圖3)，該面上散熱能力最強(qiáng)。
[0027]通過這樣的結(jié)構(gòu)在導(dǎo)熱方向上就形成了一種成分梯度變化的新型熱沉材料，該結(jié)構(gòu)使兩種組分的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮，熱沉材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)一步提高，并與芯片的匹配性能更好。
[0028]本發(fā)明新型熱沉材料的特點(diǎn):其成分沿某一固定方向呈梯度變化;高熱導(dǎo)組分在低膨脹骨架內(nèi)呈錐形分布;在電子芯片焊接面上本發(fā)明的熱沉材料低膨脹組分含量高、高導(dǎo)熱組分含量低，能很好的與芯片匹配；在散熱面上高導(dǎo)熱組分含量高、低膨脹組分含量低，該面熱導(dǎo)率高，使材料具有非常好的導(dǎo)熱性能。
[0029] 實(shí)施例1
[0030]本實(shí)施例熱沉材料的高導(dǎo)熱組分采用純銅，錐形采用圓臺(tái)；低膨脹組分采用純鎢， 鎢在芯片焊接面上的質(zhì)量百分含量為90%;產(chǎn)品總厚度為2.0mm。該熱沉材料結(jié)構(gòu)參見圖4。
[0031]其制備方法如下:
[0032]根據(jù)材料性能要求，設(shè)計(jì)出銅錐的尺寸；
[0033]根據(jù)設(shè)計(jì)的銅錐尺寸，采用高精度加工，在純鎢坯料上鉆出相應(yīng)尺寸的錐形孔； [〇〇34]將鉆好錐形孔的鎢坯在還原氣氛下經(jīng)過1200 °C退火，并確保錐形孔內(nèi)無氧化和油污等雜質(zhì)；
[0035]鎢坯退火好后采用熔滲工藝將熔融的銅滲入錐形孔內(nèi)；[〇〇36]最后在銑床上將多余的銅銑掉，即得到本發(fā)明的熱沉材料。[〇〇37]本實(shí)施例的熱沉材料，在芯片焊接面上鎢質(zhì)量百分含量為90%，散熱面上銅的含量為30%，本實(shí)施例的熱沉材料，熱導(dǎo)率可達(dá)235w/(m ? K)，熱膨脹系數(shù)僅為5.8xl(T6/K。熱導(dǎo)率得到極大提高，而熱膨脹系數(shù)依然維持很低的水平，能與芯片進(jìn)行良好的匹配。
[0038]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、 修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱沉材料，其特征在于，該熱沉材料由高熱導(dǎo)組分和低膨脹組分組成;所述的高 熱導(dǎo)組分在低膨脹組分骨架內(nèi)呈錐形分布，高熱導(dǎo)組分的質(zhì)量百分含量沿著錐形中心軸線 方向上呈現(xiàn)梯度變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱沉材料，其特征在于，所述的高熱導(dǎo)組分為熱導(dǎo)率500-150W/m.k的材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱沉材料，其特征在于，所述的高熱導(dǎo)組分為純銅、銅合金、純 銀、銀合金、純鋁、鋁合金;優(yōu)選純銅。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱沉材料，其特征在于，所述的低膨脹組分為熱膨脹系數(shù)2.9-8.lppm/k的材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱沉材料，其特征在于，所述的低膨脹組分為純鎢、鎢合金、純 鉬、鉬合金;優(yōu)選純鎢。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱沉材料，其特征在于，所述的錐形為一頭大另一頭小的形狀。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱沉材料，其特征在于，所述的錐形為圓錐、圓臺(tái)、梯形臺(tái)、菱 錐、菱臺(tái)、楔形;優(yōu)選圓錐。
【文檔編號(hào)】H01L23/373GK106011577SQ201610620469
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月29日
【發(fā)明人】吳化波, 姜國圣, 段安婧, 姜偉, 周俊
【申請人】長沙升華微電子材料有限公司