热管理用CPC层状复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了热管理用CPC层状复合材料的制备方法，属于复合板材制备技术领域。本发明专利技术的热管理用CPC层状复合材料包括包覆外层和夹心层；所述包覆外层为铜板，夹心层为钼铜合金。本发明专利技术的热管理用CPC层状复合材料热导率高、界面结合强度高、芯层组织均匀，不易出现分层和边裂现象。和边裂现象。和边裂现象。

【技术实现步骤摘要】
热管理用CPC层状复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合板材制备
，特别是涉及热管理用CPC层状复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着近年来电子电力技术的飞速发展，集成电路的集成度也日益提高，目前，集成电路的布线宽度已达到3纳米。集成度的提高无疑可以减小电子产品体积，提高芯片算力。但在提高使用性能的同时，直接导致的问题就是电子产品在使用过程中的散热量急剧增加，且散热空间不断减小，导致产品因高温而出现卡顿甚至是热失效等现象。因此，对电子产品的散热性能提出了更高的要求。电子封装材料作为电子产品散热的核心，在电子产品的散热过程中起着决定性作用，高性能的电子封装散热材料也成为解决上述问题的关键。
[0003]Cu/MoCu/Cu层状复合材料(CPC)是一种具有类似“三明治”结构的层状复合材料，复合板两侧为厚度相同的铜板层，中间芯材是钼铜层。板层厚度比例为1:4:1的CPC复合板具有与陶瓷硅片相近的热膨胀系数，为此，作为封装基板的CPC复合板与芯片可形成可靠连接。作为第三代电子封装材料，其优异的综合性能可满足尖端电子设备的使用要求，目前已经在4G、5G及其他大功率器件中得到广泛应用。
[0004]对于CPC层状复合材料的制备，目前常采用的制备方法有：直接轧制复合法、热压
‑
轧制复合法、包覆轧制复合法等，但采用以上方法生产的CPC复合板常出现芯材钼铜轧制易开裂、层间界面弯曲、两侧铜板变形不均匀、界面结合强度较低等缺陷，使得复合板的成品率较低。

技术实现思路
r/>[0005]本专利技术的目的是提供热管理用CPC层状复合材料的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。本专利技术以铜包覆钼粉为钼铜芯材原料并结合立式整体熔渗及叠层轧制技术制备得到了一种Cu/MoCu/Cu层状复合材料(CPC层状复合材料)，解决了现有方法制备的Cu/MoCu/Cu层状复合材料界面结合强度低，芯层组织不均匀，板层变形不协调，易出现分层现象的问题，所制备的材料抗拉强度为500～600MPa，热导率为220～300W/(m
·
K)，电导率为50～68％IACS，层板变形较为均匀，未出现明显的弯曲和分层。
[0006]本专利技术的制备方法成品率高，同时可以减少板材缺陷，制备得到的CPC层状复合材料热导率较高。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]本专利技术的技术方案之一：热管理用CPC层状复合材料，所述热管理用CPC层状复合材料包括包覆外层和夹心层；所述包覆外层为铜板，夹心层为钼铜合金。
[0009]进一步地，所述夹心层和每层包覆外层的厚度比为(1～4):1；所述铜板为无氧铜板。
[0010]层板厚度计算：
[0011]根据Cu板和MoCu合金(钼铜合金)的屈服强度(见表1)确定Cu板和MoCu生坯的厚度，通过强度比确定各层板变形量之比，并结合CPC产品各层板厚度比及成品厚度确定轧制后Cu板和MoCu板的厚度，随后根据形变比确定Cu板和MoCu板的变形量，即可确定层板的初始厚度，具体计算公式如下：
[0012][0013]ε
MoCu
＝δ
MOCu
‑
t
MoCu
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0014]ε
Cu
＝δ
Cu
‑
t
Cu
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0015]式中ε
MoCu
是CPC复合材料中夹层MoCu合金的变形量；ε
Cu
是CPC复合材料中Cu合金的变形量；σ
MoCu
和σ
Cu
分别是夹层MoCu合金和Cu板的屈服强度；k是修正系数取1.2～1.3；δ
MoCu
和δ
Cu
分别为夹层MoCu合金和Cu板轧制前的厚度；t
MoCu
和t
Cu
分别是轧制后夹层MoCu合金和Cu板的厚度。
[0016]表1不同材料的屈服强度及成型压力
[0017]材料屈服强度/(MPa)成形压力/(MPa)Cu150
‑
Mo50Cu50235600Mo60Cu40282640Mo65Cu35313670Mo70Cu30338690Mo75Cu25362720Mo80Cu20396740
[0018]本专利技术的技术方案之二：上述热管理用CPC层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019](1)对铜钼混合粉进行冷压成型处理，得到钼铜生坯；
[0020]更进一步地，Cu含量为20～30％及50％时，在进行步骤(1)的冷压成型处理前，还包括，造粒的步骤；所述造粒具体包括：在铜钼混合粉中加入甘油，搅拌均匀后造粒、烘干；所述甘油的添加量为铜钼混合粉总质量的1.2％；所述烘干的温度为35～50℃，时间为10～15min。
[0021]造粒主要是对包覆粉中Cu含量不足的粉体进行造粒(粒径为0.28～0.58mm)，通过造粒得到质量百分比为足量包覆粉体85wt.％的粉体进行压制成形，随后再对成形坯材进行整体熔渗得到完整含量的钼铜合金芯层的CPC复合材料。造粒可以提高Cu粉分布的均匀性，以便形成导热通道，提高材料热导率。
[0022]根据钼铜生坯的尺寸和成分要求称取相应质量的铜钼混合粉，钼铜生坯的质量＝钼铜生坯的体积
×
MoCu理论密度
×
85～90％。
[0023]更进一步地，所述冷压成型采用的设备为液压机或油压机。
[0024](2)将铜板、钼铜生坯、铜板叠放在一起，然后在层板表面均匀铺撒熔渗铜粉，包裹(100～150g/m2的纸张)后置于石墨舟中，然后放置一块质量为0.3～0.8kg可完全覆盖层板的补缩用纯铜块，接着于保护气氛下溶渗烧结(立式整体熔渗烧结)，得到Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯；
[0025]铜板采用80目(180μm)棕刚玉砂丸对铜板表面进行喷砂处理，以去除铜板表面的覆盖物；喷砂处理的压力0.8MPa，时间为3～5min。
[0026]更进一步地，所述石墨舟为单槽石墨舟或多槽石墨舟。
[0027]更进一步地，所述溶渗烧结采用的设备为管式烧结炉、箱式炉或其他可以将炉温升至1400℃及以上且可通入保护气氛的烧结炉。
[0028](3)将Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯上多余的补缩铜块机械切割，然后使用100目(150μm)的棕刚玉砂进行喷砂处理，清理掉表面黏附物，得到清理后的Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯；在清理后的Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯上下表面各叠加一层钢板(钢板平面尺寸比Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯大1～3倍)，并在钢板和Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯之间涂覆一层纳米陶瓷涂料(粒径为10～100nm的SiO2或Al2O3陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.热管理用CPC层状复合材料，其特征在于，所述热管理用CPC层状复合材料包括包覆外层和夹心层；所述包覆外层为铜板，夹心层为钼铜合金。2.根据权利要求1所述的热管理用CPC层状复合材料，其特征在于，所述夹心层和每层包覆外层的厚度比为(1～4):1；所述铜板为无氧铜板。3.权利要求1～2任一项所述的热管理用CPC层状复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对铜钼混合粉进行冷压成型处理，得到钼铜生坯；(2)将铜板、钼铜生坯、铜板叠放在一起，然后在层板表面均匀铺撒熔渗铜粉，包裹后于保护气氛下溶渗烧结，得到Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯；(3)在Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯上下表面各叠加一层钢板，并在钢板和Cu/MoCu/Cu熔渗锭坯之间涂覆一层纳米陶瓷涂料，然后在保护气氛下依次进行异步轧制处理和退火处理，得到热管理用CPC层状复合材料。4.根据权利要求3所述的热管理用CPC层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述铜钼混合粉为铜包覆钼粉，或者铜包覆钼粉和诱导铜粉的混合粉，或者铜包覆钼粉和补充钼粉的混合粉；以铜钼混合粉和熔渗铜粉的总质量为100％计，步骤(1)中铜钼混合粉和步骤(2)熔渗铜粉的用量如下：当所述铜钼混合粉为铜包覆钼粉时，铜包覆钼粉为85～95％，熔渗铜粉为5～15％；当所述铜钼混合粉为铜包覆钼粉和诱导铜粉的混合粉时，铜包覆钼粉为50～80％、诱导铜粉为5～20％、熔渗铜粉为5～15％；当所述铜钼混合粉为铜包覆钼粉和补充钼粉的混合粉时，铜包覆钼粉为50～55％、补充钼粉为40～45％、熔渗铜粉为5～10％。5.根据权利要求3所述的热管理用CPC层状复合材料的制备方法，其特征在于，在Cu含量为20～30％及50％时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文革，姚福兴，马江江，周新文，任宝江，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：