WCu/MoCu电子封装材料的研究现状与发展趋势

电子设备集成度和运行速度的不断提高以及大功率芯片的使用,对电子封装材料的性能提出了更高的要求。WCu/MoCu合金作为第二代电子封装材料,尽管已经实现产业化,但其未来发展正面临极大的挑战,既有可能持续应用于封装领域,也有可能在与其它材料的竞争中被淘汰。在现有技术的基础上,使WCu/MoCu复合材料充分融合各组元的优点,以获得具有高热导率、低热膨胀系数以及良好力学性能的电子封装材料,已成为迫在眉睫的工作。综述了电子封装材料的性能指标,以及WCu/MoCu合金的热学性能与制备工艺,并针对高热导率这一关键性能对其发展趋势进行了展望。

70MoCu合金变形性研究

通过不同温度下的拉伸和弯曲试验,研究了70MoCu合金在不同温度下的变形行为。研究结果发现:Mo/Cu系聚合型复相合金的塑性特征及变形规律与常规复相合金存在较大的差别,甚至出现反常的规律。例如Mo70Cu合金由室温到550℃的塑性(延伸率和挠度)随温度的升高反而降低。通过对断口进行观察发现:70MoCu合金的断裂是粘结相Cu的撕裂,Mo-Cu界面的分离,Mo-Mo界面的分离,Mo颗粒的解理断裂等4种断裂模式共同作用的结果,但在不同温度下各断裂模式所起的作用大小不一样。

时效处理对00Cr27Ni31MoCu合金组织及低温冲击韧性的影响

利用金相、电镜以及物理化学相分析手段,研究了00Cr27Ni31MoCu合金经1150℃固溶处理后,不同时效温度对其微观组织及低温冲击韧性的影响。结果表明,00Cr27Ni31MoCu合金时效过程中析出相主要为脆性σ相;随着时效温度的增加,在相同时效时间下,合金中析出相σ数量先增加再减少,低温冲击韧性先降低后增强;析出相的析出温度高峰在T+150℃左右。

溶胶-凝胶法制备纳米MoCu复合粉体

以硝酸铜和二钼酸铵为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纳米MoCu复合粉体,研究了热处理工艺,溶液pH值,添加剂等对纳米粒子形貌及粒径的影响。结果表明,在600℃热处理的钼铜氧化物通过氢气还原之后可以得到粒径小于60nm的纳米MoCu复合粉体;溶液中添加剂的用量影响微粒的粒径,当添加剂用量K为0.5时,能得到尺寸较小,粒度均匀的纳米粉体;不同酸度条件下所得粉体的粒径各不相同,当pH值在1-4之间变化时粒径随pH值的增大而增大,pH值取1较合适。

10CrNi3MoCu钢的堆铜焊工艺

在低合金高强钢10CrNi3MoCu上进行了堆铜焊的工艺研究,由试验选定了焊接方法、熔滴过渡形式和焊接工艺参数等。通过外观检查、无损检测和破坏性实验,证实该工艺能够满足相关要求,并在实际工程中得到应用,进一步验证了该工艺的可行性。

MoCu球铁激光淬火过程温度场的数值计算

根据激光淬火过程的特点及复杂性，提出用有限元方法计算激光淬火过程中温度场及组织分布的传热学数学模型；在计算中对热物性值随温度的变化进行了分段线性回归处理；激光淬火属快速加热范畴，奥氏体化点相应提高．相变潜热则根据相变量的多少以温升、温降的形式加以处理．以ＭｏＣｕ球铁为例对不同激光处理参数下的温度场及组织分布进行了计算及实验验证．

球磨机衬板用ZG60Cr5MoCu钢的研究与应用

针对球磨机衬板材料热处理工艺,用油淬方法性能好但设备复杂;用水淬方法设备简单,但对厚铸件淬不硬;用专利淬火介质对铸件质量好,但价格又太贵。现用风淬方法使优点兼备,研究了一种ZG60Cr5MoCu钢,制作球磨机衬板性能优于高锰钢。

MoCu30表面镀银工艺研究

本文对钼含量为70%,铜含量为余量的MoCu30表面镀银进行了工艺试验,研究了材料前处理方法、工艺配方和参数对镀银的影响,采用热震试验、可焊性和抗硫性试验分析了镀层的性能。通过工艺研究确定了最佳的前处理方法和工艺参数,所得镀银层光亮、均匀、细致、结合力好;热震结合力试验后,镀层无起泡、脱落;可焊性和抗硫性试验结果均符合HB5051-93银镀层质量检验标准要求,说明了MoCu30镀前处理方法具有可行性和合理性。

后续热等静压工艺对MoCu30合金性能的影响

研究了不同后续热等静压工艺对镀铜钼粉制取的MoCu30合金性能的影响。研究发现,表面镀铜钼粉所制得MoCu30合金在1130℃温度下、压力100 MPa条件下进行2 h后续热等静压处理后,提高了合金的综合性能:其中铜相随着钼骨架受力而发生变形、流动,促进了组织中铜相的均匀分布以及孔洞的减少,使合金的致密度达到99.7%,接近全致密;高温处理时铜晶粒长大,晶界数量减少,这样降低了晶界与孔洞缺陷对声子的散射作用,从而增强了MoCu30合金的声子导热机制,提高了合金的热导率;相对于未经后续热等静压处理的MoCu30合金,合金热等静压处理后铜相分布更加均匀,合金受力时塑性较好的铜相优先发生变形,同时减少了孔洞等裂纹源,使得合金的25℃拉伸及压缩屈服强度略有提高,分别达到451, 543 MPa,而合金的400℃拉伸及压缩屈服强度也有所增加,分别达到349, 372 MPa。

电子封装用CPC新型层状复合材料的研制

主要介绍了用轧制复合法制备CPC(Cu/Mo-30Cu/Cu)电子封装材料和用熔渗法制备其芯材Mo-30Cu的工艺。CPC电子封装材料是一种“三明治”结构的层状复合材料,芯材是Mo-30Cu,由70%(质量百分含量)的Mo和30%的Cu组成的“假合金”,双面履以纯铜。结果证明,该种复合金属材料主要有以下几个特点:(1)膨胀系数低且可调,可设计成与芯片、陶瓷基板的膨胀系数相近,从而避免热应力引起的封装失效;(2)导电、导热性能好(导热系数TC值可达265W/m.K);(3)材料强度与刚度足够的同时,保证其机械加工性能和可塑性较好。由于其优良的性能和较低的成本,CPC将是下一代的重要热沉材料,在半导体激光器、微波通讯、集成电路用散热底板、射频和汽车的电子系统等方面都有着广泛的应用前景,尤其是大功率电子器件的散热更是其优势所在。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钼铜合金中铜含量

用盐酸-硝酸体系溶解钼铜合金试样,经电感耦合等离子体原子发射光谱法对钼铜合金铜元素含量进行测定,铜元素分析谱线为324.247、327.396 nm。采用基体匹配法将基体钼带来的干扰影响加以消除,铜质量分数在0%~4%时光谱强度线性关系良好,线性系数超过0.999,定量下限0.003%。测定结果相对标准偏差低于2%(n=11),样品加标回收率101.0%~101.5%。该方法优势较为突出,主要体现在方便、准确、快速,工厂生产钼铜合金样品测定需求可得到很好的满足。

钼铜的低温导热研究

研究了熔渗法制备的Mo-Cu复合材料从350～20 K的导热率变化。结果表明,该材料在350 K的导热率为200 W/(m.K)。随着温度降低,导热率降低,降温至200 K后导热率升高,20 K时导热率达305 W/(m.K)。将样品用浓硝酸腐蚀去除铜组分后观察微观组织发现,Mo在熔渗制备过程中已烧结成骨架结构,这种结构的形成是低温材料导热率升高的原因。

退火工艺对轧制复合CPC电子封装材料性能的影响

研究了不同退火工艺对轧制复合CPC电子封装材料力学性能、物理性能的影响。结果表明退火工艺对复合材料的剪切强度、轧向导电能力和厚度方向导热能力有显著影响。退火工艺为900℃/1.5 h时,CPC电子封装材料的综合性能最好。

微电子封装热沉材料研究进展

阐述了微电子封装热沉材料的最新研究进展,重点介绍通过粉末冶金方法制备的最前沿的钨钼金属基体的热沉材料,包括二元合金复合材料WCu、MoCu及层状复合材料CMC、CPC、SCMC、HSCMC。详细描述了该类热沉材料的组织结构要求、性能特点,并阐述了该类材料常用的生产制备方法及其及优缺点。整理对比了国内安泰天龙和国外公司的热沉材料的性能参数,并对封装热沉材料后续的研究方向进行了展望。