帶孔的多層s-cmc材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種銅鉬銅復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及一種帶孔的多層S-CMC(super-Cu/Mo/Cu，多層銅鉬銅)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子封裝熱沉材料要求具有適當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)，同時具有盡量高的導(dǎo)熱率，以便及時散發(fā)芯片產(chǎn)生的熱量。芯片技術(shù)發(fā)展迅速，功率密度的增加非常快，隨之，熱沉材料從早期的銅、鋁、可閥，發(fā)展到鎢銅、鉬銅、CMC、CPC。目前，已經(jīng)有許多應(yīng)用對于熱沉材料提出要求:熱膨脹系數(shù)在10*10—6/K左右，厚度方向熱導(dǎo)率>300w/m.k。這一指標(biāo)，目前只有金剛石-銅復(fù)合材料能滿足，但是工藝復(fù)雜、成本高昂無法大批量低成本生產(chǎn)，因而應(yīng)用受到限制。
[0003]中國專利申請?zhí)?00910213372.1的文獻中公開了鉬板孔中插入銅芯柱或者熔銅液填充，再磨平，這種方法增加了工序，無形中增加了時間和人工成本，不夠?qū)嵱?，實際上也是不可操作的，原因是大面積薄板不好磨加工，難以保證厚度尺寸穩(wěn)定，而CMC材料對于厚度比例要求非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種帶孔的多層S-CMC材料及其制備方法。該復(fù)合材料是導(dǎo)熱更好、熱膨脹性能更均勻的材料，其制備方法簡單、效率高，適用于大批量生產(chǎn)且材料收得率大。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0006]—種帶孔的多層S-CMC材料，包括:鉬薄板層和無氧銅板層，其中:每兩層所述無氧銅板之間均夾持有一層所述鉬薄板且通過乳制方式復(fù)合在一起，所述鉬薄板具有N排M列通孔且通孔中均填滿銅，M、N均為大于等于2的整數(shù)。
[0007]在上述帶孔的多層S-CMC材料中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述鉬薄板上相鄰排的通孔為交錯設(shè)置，其中第η排通孔與第η+2或第η-2排通孔對齊，第η+1或第η-1排上的某一通孔與第η排上的相應(yīng)通孔錯開，η為I到N中的任一自然數(shù);所述鉬薄板上相鄰列的通孔為交錯設(shè)置，其中第m列通孔與第m+2或第m-2列通孔對齊，第m+1或第m-Ι列上的某一通孔與第m列上的相應(yīng)通孔錯開，m為I到M中的任一自然數(shù)。也就是說，相鄰排的通孔不是對齊的而是交錯分布的，且相鄰列的通孔也不是對齊的而是交錯分布的，之間相隔一排通孔的兩排通孔是對齊的，之間相隔一列通孔的兩列通孔是對齊的。
[0008]在上述帶孔的多層S-CMC材料中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述帶孔的多層S-CMC材料的總層數(shù)為5層以上(比如5層、6層、7層、8層、9層、10層)，更優(yōu)選為5-7層;所述鉬薄板包括第一種鉬薄板和第二種鉬薄板，其中，所述第一種鉬薄板和所述第二種鉬薄板之間僅隔一層無氧銅板且所述第一種鉬薄板和所述第二種鉬薄板上位于同一排的通孔是交替排列的，所述第一種鉬薄板和所述第二種鉬薄板上位于同一列的通孔也是交替排列的。
[0009]在上述帶孔的多層S-CMC材料中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述帶孔的多層S-CMC材料的厚度為0.5mm-10mm。
[0010]—種上述帶孔的多層S-CMC材料的制備方法，包括如下步驟:
[0011]帶通孔鉬薄原料板的制備步驟，在鉬薄原料板上制作N排M列通孔，從而得到帶通孔的鉬薄原料板；
[0012]帶通孔鉬薄原料板的清理步驟，打磨去掉所述帶通孔鉬薄原料板上的毛刺；
[0013]加熱及熱乳步驟，將無氧銅原料板、所述帶通孔鉬薄原料板加熱，然后按照每兩層所述無氧銅原料板之間均夾持有一層所述帶通孔鉬薄原料板的方式進行熱乳復(fù)合；
[0014]退火及冷乳步驟，將熱乳后的復(fù)合板材重復(fù)進行退火和冷乳處理，直至得到規(guī)定厚度的成品S-CMC材料板。
[0015]銅層和鉬層界面之間的結(jié)合狀況是影響產(chǎn)品使用性能的關(guān)鍵因素，為了保證界面之間的結(jié)合強度，本發(fā)明采用了乳制的方式進行復(fù)合，乳制可以生產(chǎn)薄片，產(chǎn)品厚度可靈活控制。此外，乳制是在乳制力的作用下完成的，可以通過調(diào)整乳制參數(shù)實現(xiàn)距離最近的兩層鉬薄片之間的通孔自動相互錯開。如果采用其他方法比如爆炸法或熱壓法來實現(xiàn)復(fù)合，則多層帶孔鉬薄板的相應(yīng)通孔都是對齊的，即多層帶孔鉬薄板同一位置上都有大小相同的孔，則通孔處的膨脹系數(shù)會大于周圍的膨脹系數(shù)，最終產(chǎn)品的性能均勻一致性會差些。
[0016]本發(fā)明方法得到的多層S-CMC材料，其中芯材鉬片上帶有通孔，孔中填充滿銅，使得熱導(dǎo)率較低的鉬層具有大量的銅“熱通道”，從而改善厚度方向的熱導(dǎo)率。鉬層中的銅是封閉的，因而整體上平面XY方向熱膨脹系數(shù)仍然由鉬來主導(dǎo)。另外，該方法簡單容易、效率高、適合大批量生產(chǎn)且材料收得率高。通孔布滿整個鉬薄原料板，N視所需板材的大小決定，沒有限制。
[0017]在上述制備方法，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述帶通孔鉬薄原料板的制備步驟，所述帶通孔鉬薄原料板上相鄰排的通孔為交錯設(shè)置，其中第η排通孔與第η+2或第η-2排通孔對齊，第η+1或第η-1排上的某一通孔與第η排上的相應(yīng)通孔錯開，η為I到N中的任一自然數(shù);所述帶通孔鉬薄原料板上相鄰列的通孔為交錯設(shè)置，其中第m列通孔與第m+2或第m-2列通孔對齊，第m+1或第m-Ι列上的某一通孔與第m列上的相應(yīng)通孔錯開，m為I到M中的任一自然數(shù)。采用該種帶通孔鉬薄原料板可以增加最終產(chǎn)品性能的均勻一致性，增加成品率。如果所述帶通孔鉬薄原料板上各排各列的通孔均對齊，則乳制時位于同一行或列處容易被乳斷，且由于通孔分布均勻性不好，導(dǎo)致最終產(chǎn)品性能的均勻一致性變差，成品率低。
[0018]在上述制備方法，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述加熱及熱乳步驟中，所述帶通孔鉬薄原料板的總層數(shù)為2層以上;更優(yōu)選為2-3層，使用該層數(shù)的帶通孔鉬薄原料板有助于使鉬和銅的性能更好的發(fā)揮，使CMC的性能更均勻。
[0019]在上述制備方法，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述加熱及熱乳步驟中，所述熱乳復(fù)合時，首先將所述無氧銅原料板和所述帶通孔鉬薄原料板自上向下依次交替疊置成5層以上的復(fù)合板材，然后采用銅質(zhì)薄片條將所述復(fù)合板材的四邊包覆，之后再送入乳機中進行熱乳。為了乳后裁剪方便，所述無氧銅原料板的規(guī)格可略大于所述帶通孔鉬薄原料板的規(guī)格。
[0020]在上述制備方法，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述加熱及熱乳步驟中，所述加熱的溫度為700-1000°C (比如710°C、750°C、800°C、850°C、900°C、950°C、980°C、995°C)，加熱的時間為 0.3-2.5小時(比如0.411、0.611、0.911、1.211、1.511、211、2.311)。
[0021]在上述制備方法，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述加熱及熱乳步驟中，所述熱乳復(fù)合分為第一次熱乳復(fù)合和第二次熱乳復(fù)合，所述第一次熱乳復(fù)合的總壓下量不大于25%(比如10%、15%、20%、22%、24%)，所述第二次熱乳復(fù)合的總壓下量不小于40%(比如42%,50%,55%,60%,65%,70%) ο更優(yōu)選地，所述第一次熱乳復(fù)合的道次數(shù)為I，所述第二次熱乳復(fù)合的道次數(shù)為2。
[0022]本發(fā)明通過大量實驗，發(fā)現(xiàn)乳制過程可以使鉬片中的孔填滿，并與周圍結(jié)合良好，控制乳下量對該產(chǎn)品起著重要作用。第一道次熱乳壓下量應(yīng)該以將銅擠入孔中為目的，乳下量不應(yīng)大于25 %，防止銅流動太快來不及填滿孔洞，具體視坯料的厚度而定。第一道次變形后，將料放回爐中加熱，然后繼續(xù)熱乳，此次的總壓下量需不小于40%，以保證結(jié)合強度，道次最好控制為2個。
[0023]在上述制