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。

旋锻法制备WCu25合金线材的组织与性能研究

采用松装熔渗的方法获得了大长径比WCu合金坯材,并通过旋锻将其加工成直径4mm的线材。运用电子扫描、X射线衍射等手段分析研究了不同温度、不同变形量WCu合金线材的显微组织和物理性能,结果表明:采用热旋锻技术可以制备钨铜假合金线材,其最佳的旋锻工艺是坯材旋锻初始温度为700～750℃,坯材变形量在达到25%之前,每组锻模的加工量为0.4mm;变形量超过25%之后,每组锻模的加工量为0.3mm。利用旋锻工艺可制备出直径为4mm、长度为800mm、相对密度为98.16%、硬度为252HV、电导率为39.2%IACS,组织均匀、表面光洁的WCu25合金线材。

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。

WCu合金钨“网络”骨架的制备及其组织结构分析

在自制的设备上,通过化学镀正交试验法获得最佳的铜包覆钨复合粉末,再制成钨网络骨架,用类注射成型法也制得钨网络骨架,采用SEM与XRD手段与传统钨骨架制备技术进行了对比,结果表明:化学镀包覆粉和类注射法能够获得孔隙均匀、数量可控的钨网络骨架。而且影响钨粉化学镀包覆铜的因素较多,特别是钨粉粒径存在一最佳的尺度范围。

制备工艺对WCu30合金的显微组织及抗电弧烧蚀性能的影响

采用2种不同的真空熔渗工艺制备出WCu30合金,测定了2种合金的理化性能及力学性能;对2种合金进行了真空电击穿试验,测量其击穿时的截流值和击穿场强;使用SEM分析了2种合金的显微组织及电弧烧蚀后的表面形貌,比较了两者的抗电弧烧蚀能力。结果表明,烧骨架熔渗法制备的WCu30合金显微组织均匀,铜相平均尺寸为10-20μm;混粉熔渗法制备的WCu30合金中的铜相大小不一致,存在长条状铜相聚集体,其最大尺寸可达80-100μm。烧骨架法制备的WCu30合金的硬度、抗弯强度、抗电弧烧蚀能力高于混粉法制备的合金,其电弧侵蚀方式以铜相的蒸发气化为主,而混粉法的合金则以铜相的喷溅方式为主。烧骨架法的WCu30合金的平均耐电压强度高于混粉法合金,而平均截流值低于混粉法合金。

热压缩下WCu合金的力学性能及组织（英文）

考虑到高温下的应用,对WCu合金及钨骨架施加热压缩载荷,分析不同温度及应变速率下WCu合金的组织及力学行为。结果表明:WCu合金的应力-应变行为主要取决于温度的变化,热压缩后组织内大部分烧结颈消失,WCu合金在300℃的热压缩下出现明显的塑性流,而在900℃下钨颗粒基本均匀分布。另外,高应变速率下钨骨架的强度有所减小,不同应变速率下的钨颗粒出现光滑的晶粒及开裂。

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。

WCu假合金熔渗过程数值分析

利用有限元软件模拟WCu合金的熔渗过程。根据W颗粒骨架实际形貌,建立了球形颗粒堆积骨架模型;在等径与非等径多孔体系内部,分析了铜液在渗流路径中的压力及速度矢量分布;得出了当W粉平均粒度为5μm时,铜液在多孔体系内部的熔渗深度与熔渗时间的关系,模拟结果与实验相符。

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。

显微组织对WCu触头材料电弧特性及抗烧蚀性能的影响

采用两种不同的真空熔渗工艺制备了W80Cu20触头材料，分析了两种合金的显微组织，测定了两种合金的成分、密度、电导率、硬度和抗弯强度。对两种合金进行了真空电弧击穿试验和SR断路器型式试验，测量其真空击穿时的截流值和击穿场强，分析了触头材料电弧烧蚀后的表面形貌，比较了两种合金的抗电弧烧蚀能力。结果表明，两步法烧骨架熔渗工艺制备的WCu合金显微组织均匀，铜相平均尺寸为4～6μm；一步法熔渗工艺制备的WCu合金中的铜相大小不一致，存在带状铜相聚集体，其最大尺寸可达80～100μm。两步法工艺制备的WCu合金的硬度、抗弯强度高于一步法制备的合金，真空击穿场强及截流值稳定，其耐电弧烧蚀能力明显高于一步法制备的合金。