專利名稱：含β－鋰霞石的銅基復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅基復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天、半導(dǎo)體等領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)封裝材料綜合性能的要求愈來愈苛刻，尤其是可與芯片和陶瓷基板匹配的熱膨脹系數(shù)和高熱導(dǎo)系數(shù)難以同時(shí)滿足?，F(xiàn)有的金屬材料和陶瓷材料都無法同時(shí)具備高熱導(dǎo)性、高電導(dǎo)性和低熱膨脹系數(shù)的性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有金屬材料和陶瓷材料都無法同時(shí)具備高熱導(dǎo)性、高電導(dǎo)性、低熱膨脹系數(shù)的問題，而提供的一種含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料。含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積30～95％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積5～70％的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為1～300μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為1～100μm。含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料還可由占總體積30～95％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積5～70％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為1～300μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為1～100μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為0.1～5∶1。
本發(fā)明除具有可鍍覆性、可焊性、耐蝕性、良好的電磁波干擾(EMI)/射頻干擾(RFI)屏蔽能力、高強(qiáng)度、高硬度，優(yōu)良的加工性、成形性和低廉的價(jià)格外，還同時(shí)具備高熱導(dǎo)性、高電導(dǎo)性、低熱膨脹系數(shù)的性能。本發(fā)明在-100～300℃范圍內(nèi)熱膨脹系數(shù)為3×106～14×106/℃，熱導(dǎo)率為50～350W/m·K，電導(dǎo)率為5.8×106～5.8×107Ω/m。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積30～95％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積5～70％的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉為純銅粉或銅合金粉，銅粉的粒徑為1～300μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為1～100μm。
本實(shí)施方式中β-鋰霞石顆粒與熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉經(jīng)混均，冷壓，在10-1～10-4Pa、1060～1085℃的環(huán)境中真空燒結(jié)和在600～900℃的條件下熱擠即得陶瓷顆粒分布均勻、界面結(jié)合良好、孔洞少、熱膨脹系數(shù)為3×106～14×106/℃，熱導(dǎo)率為50～350W/m·K，電導(dǎo)率為5.8×106～5.8×107Ω/m的銅基復(fù)合材料(銅基復(fù)合材料制備不僅限于此方法)。本實(shí)施方式還可用以β-鋰霞石為主要晶相的固溶體來替代β-鋰霞石顆粒。
具體實(shí)施例方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積40～85％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積15～60％的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉為純銅粉或銅合金粉，銅粉的粒徑為5～200μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為5～80μm。
具體實(shí)施例方式
三本實(shí)施方式含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積30～95％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積5～70％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為1～300μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為1～100μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為0.1～5∶1。
本實(shí)施方式中β-鋰霞石顆粒的銅或銀包覆層可采用化學(xué)鍍來實(shí)現(xiàn)(但并不局限于此方法)；熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉與有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒經(jīng)混均，冷壓，在10-1～10-4Pa、1060～1085℃的環(huán)境中真空燒結(jié)和在600～900℃的條件下熱擠即得陶瓷顆粒分布均勻、界面結(jié)合良好、孔洞少、熱膨脹系數(shù)為3×106～14×106/℃，熱導(dǎo)率為50～350W/m·K，電導(dǎo)率為5.8×106～5.8×107Ω/m的銅基復(fù)合材料(銅基復(fù)合材料制備不僅限于此方法)。本實(shí)施方式還可用以β-鋰霞石為主要晶相的固溶體來替代β-鋰霞石顆粒。
具體實(shí)施例方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積40～85％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積15～60％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為5～200μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為5～80μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為0.5～4∶1。
具體實(shí)施例方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積35～75％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積25～65％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為5～100μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為5～70μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為1～3∶1。
具體實(shí)施例方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積45～70％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積30～55％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為5～50μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為5～50μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為1.5～2∶1。
具體實(shí)施例方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三、四、五或六的不同點(diǎn)是銅粉為純銅粉或銅合金粉。其它與實(shí)施方式三、四、五或六相同。
具體實(shí)施例方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七的不同點(diǎn)是銅粉為純銅粉。其它與實(shí)施方式七相同。
具體實(shí)施例方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七的不同點(diǎn)是銅粉為銅合金粉。其它與實(shí)施方式七相同。
具體實(shí)施例方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三、四、五或六的不同點(diǎn)是銅包覆層由純銅、氧化銅和氧化亞銅中的一種或幾種制成。其它與實(shí)施方式三、四、五或六相同。
具體實(shí)施例方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是銅包覆層由氧化銅制成。其它與實(shí)施方式八相同。
具體實(shí)施例方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是銅包覆層由純銅和氧化亞銅制成。其它與實(shí)施方式八相同。
具體實(shí)施例方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是銅包覆層由純銅、氧化銅和氧化亞銅制成。其它與實(shí)施方式八相同。
具體實(shí)施例方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是銅包覆層由純銅制成。其它與實(shí)施方式八相同。
具體實(shí)施例方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三、四、五或六的不同點(diǎn)是銀包覆層由純銀和/或氧化銀制成。其它與實(shí)施方式三、四、五或六相同。
具體實(shí)施例方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十三的不同點(diǎn)是銀包覆層由純銀制成。其它與實(shí)施方式十三相同。
具體實(shí)施例方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十三的不同點(diǎn)是銀包覆層由氧化銀制成。其它與實(shí)施方式十三相同。
具體實(shí)施例方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十三的不同點(diǎn)是銀包覆層由純銀和氧化銀制成。其它與實(shí)施方式十三相同。
具體實(shí)施例方式
十九本實(shí)施方式含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積80％的純銅粉和占總體積20％的有純銅包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中純銅粉的粒徑為74μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為10μm，純銅包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為0.3∶1。
本實(shí)施方式中含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為10.3×106/℃，熱導(dǎo)率為260W/m·K，電導(dǎo)率為4×107Ω/m。
具體實(shí)施例方式
二十本實(shí)施方式含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積70％的純銅粉和占總體積30％的有純銅包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中純銅粉的粒徑為74μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為20μm，純銅包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為0.3∶1。
本實(shí)施方式中含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為8.6×106/℃，熱導(dǎo)率為230W/m·K，電導(dǎo)率為1×107Ω/m。
具體實(shí)施例方式
二十一本實(shí)施方式含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積60％的純銅粉和占總體積40％的有純銅包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中純銅粉的粒徑為74μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為20μm，純銅包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為0.2∶1。
本實(shí)施方式中含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為6.8×106/℃，熱導(dǎo)率為200W/m·K，電導(dǎo)率為8×106Ω/m。
權(quán)利要求
1.含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積30～95％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積5～70％的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為1～300μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為1～100μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積40～85％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積15～60％的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為5～200μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為5～80μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于銅粉為純銅粉或銅合金粉。
4.含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積30～95％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積5～70％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為1～300μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為1～100μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為0.1～5∶1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積40～85％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積15～60％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為5～200μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為5～80μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為0.5～4∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積35～75％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積25～65％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為5～100μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為5～70μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為1～3∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料由占總體積45～70％的熱導(dǎo)率大于200W/m·K的銅粉和占總體積30～55％的有銅或銀包覆層的β-鋰霞石顆粒制成；其中銅粉的粒徑為5～50μm，β-鋰霞石顆粒的粒徑為5～50μm，銅或銀包覆層與β-鋰霞石顆粒的重量比為1.5～2∶1。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7所述的含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于銅粉為純銅粉或銅合金粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7所述的含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于銅包覆層由純銅、氧化銅和氧化亞銅中的一種或幾種制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7所述的含β-鋰霞石的銅基復(fù)合材料，其特征在于銀包覆層由純銀和/或氧化銀制成。
全文摘要
含β－鋰霞石的銅基復(fù)合材料，它涉及一種銅基復(fù)合材料。它解決了現(xiàn)有金屬材料和陶瓷材料都無法同時(shí)具備高熱導(dǎo)性、高電導(dǎo)性、低熱膨脹系數(shù)的問題。含β－鋰霞石的銅基復(fù)合材料由銅粉和β－鋰霞石顆粒制成。含β－鋰霞石的銅基復(fù)合材料還可由銅粉和有銅或銀包覆層的β－鋰霞石顆粒制成。本發(fā)明除具有可鍍覆性、可焊性、耐蝕性、良好的電磁波干擾/射頻干擾屏蔽能力、高強(qiáng)度、高硬度，優(yōu)良的加工性、成形性和低廉的價(jià)格外，還同時(shí)具備高熱導(dǎo)性、高電導(dǎo)性、低熱膨脹系數(shù)的性能。本發(fā)明在－100～300℃范圍內(nèi)熱膨脹系數(shù)為3×10
文檔編號(hào)C22C45/00GK1821433SQ200610009820
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者費(fèi)維棟, 王黎東 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)