一種高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜及制備方法，其由銅靶和鎢靶利用雙離子束濺射轟擊沉積在基片上形成，所用雙離子束濺射銅靶的銅含量大于99.9％和鎢靶的鎢含量大于99.9％；利用雙離子束濺射高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜里的銅和鎢的含量由濺射離子的能量和束流控制；在濺射沉積前需要利用低能離子束清洗基片，濺射出的高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)程非晶態(tài)即假合金，主要用于熱沉材料。
【專利說明】一種高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種熱沉材料，具體地說，涉及一種高導(dǎo)熱低膨脹系數(shù)的電子散熱封裝復(fù)合材料。
技術(shù)背景
[0002]Cu-W復(fù)合材料是目前功率器件中普遍采用的熱沉材料之一，它具有良好的導(dǎo)熱性能和與S1、GaAs等半導(dǎo)體管芯接近的熱膨脹系數(shù)。復(fù)合材料的致密度是影響材料的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和膨脹特性的主要因素，是關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。其隨著大功率半導(dǎo)體激光器功率的提高，半導(dǎo)體器件的超微型化，其功耗密度越來越高，對封裝用的熱沉材料提出了更高的要求，不僅要求具有良好的導(dǎo)熱性能和與SiGaAs等半導(dǎo)體接近的熱膨脹系數(shù)，而且還具有足夠的粘結(jié)強度、良好的加工性、輕重量和低成本等特性。目前，在大規(guī)模集成電路和功率器件中熱沉材料主要采用Cu-W復(fù)合材料，其導(dǎo)熱率一般為130~190W/mk，重量大，且與管芯的粘結(jié)強度很低，不能滿足半導(dǎo)體激光器功率日益最大的需要。雖熱沉片厚度增大近一倍亦可工作，但工作壽命和連續(xù)工作時間將受到限制。
[0003]Cu-W復(fù)合材料傳統(tǒng)制備方法主要采用粉末冶金法，包括粉末混合壓制體液相燒結(jié)法和粉末混合壓制體燒結(jié)一浸滲法兩種。由于這兩種方法難以實現(xiàn)高致密，高均勻，且成分及尺寸控制準(zhǔn)確率不高，使得材料的導(dǎo)熱等性能難以達到理想效果，同時模具的損耗和磨損嚴(yán)重，使生產(chǎn)成本增加。為了解決這些問題近年發(fā)展了一些新的技術(shù)，如:活化燒結(jié)、機械合金化、氧化物粉末共還原燒結(jié)、大氣壓固結(jié)、金屬粉末注射成形、以及燒結(jié)體的后續(xù)處理等。上述各種方法在不同方面改善了材料的性能，拓展了材料的應(yīng)用空間，但由于Cu、W在常溫下互不浸潤，難以均勻混合，要實現(xiàn)高的致密度、高的均勻性還是比較困難，而且，這些方法工序長執(zhí)行難度大、制備的復(fù)合材料密度大，不利于器件輕型化。因此，新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)仍在不斷發(fā)展中。目前制備Cu-W(Mo)薄膜的新方法中主要有磁控濺射沉積、離子束濺射沉積、離子束輻照、電子束共蒸發(fā)沉積等，采用離子束濺射法沉積制備銅鎢薄膜的研究很少，更很少有成熟的可以實際應(yīng)用的產(chǎn)品出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于采用離子束濺射法沉積制備高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜用于電子封裝的熱沉材料。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述方案實現(xiàn)的:先用低能離子束清洗基片，再利用雙束離子束同時濺射含銅大于99.9%的銅靶和含鎢大于99.9%的鎢靶，使銅靶里的銅原子和鎢靶里的鎢原子同時濺射出來沉積在下面有冷卻水的旋轉(zhuǎn)基片上形成銅鎢復(fù)合薄膜，銅鎢薄膜各組分的含量分別通過離子束的能量和束流來控制，雙離子束濺射裝置如圖1。
[0006]制備出的高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)如圖2，從圖2可以看出高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜程非晶態(tài)即假合金?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1雙離子束濺射鍍膜原理示意圖(I連接真空機組2.旋轉(zhuǎn)水冷樣品臺3.基片4、5.濺射離子源6.旋轉(zhuǎn)水冷靶7.中能轟擊離子源8.低能轟擊離子源)
[0008]圖2.高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜電子衍射圖
【具體實施方式】
[0009]實施例1:
[0010]兩個濺射靶有水冷裝置可升降調(diào)節(jié)，靶功率由調(diào)靶電流自動控制。靶材W純度99.9%尺寸Φ 76*4，距基片距離87cm與垂直成30度角；靶材Cu純度99.9%尺寸Φ76*4，距基片距離IOOcm與垂直成30度角，兩靶距離23cm。所用基片Φ 25mm厚度4mm的Fe片，基片先用丙酮清洗10分鐘再用酒精 清洗10分鐘，放在加熱恒溫干燥箱里烘干后離子束高能轟擊清洗30分鐘。樣品臺下裝有水冷系統(tǒng)，以15轉(zhuǎn)/分自轉(zhuǎn)。工作氣體是純度99.9%的氬氣，氣壓由真空計控制，氣體流量由流量儀控制，鎢濺射靶Ar+能量調(diào)到3.6kev，束流60mA，銅濺射靶Ar+能量調(diào)到1.9kev,束流25mA ;低能輔助沉積源能量調(diào)到0.3kev,束流21mA，濺射I小時后得到高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜。
[0011]實施例2:
[0012]銅鎢靶之間距離26cm，離子源與平面成45度角，離子源到靶的距離為25cm，靶材到基片垂直距離為20cm?；?5轉(zhuǎn)/min自轉(zhuǎn)，基片下裝有水冷系統(tǒng)。鶴祀純度為99.9%，尺寸為Φ76Χ4πιπι，銅靶純度為99.9%，尺寸為Φ76Χ4πιπι。工作氣體為純度99.99 %的氬氣，基片為直徑Φ IOmm,厚度0.45mm的無氧銅。實驗是在本底真空1.0 X 10_4pa下充氬氣，工作氣壓控制在2.1X 10_2pa。先用低能輔助沉積源清洗試樣表面以提高粘結(jié)力，鎢濺射靶Ar+能量調(diào)到3kev，束流65mA，銅濺射靶Ar+能量調(diào)到lkev，束流20mA ;低能輔助沉積源能量調(diào)到0.4kev，束流20mA，對此試樣濺射2小時得到高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合膜。
【權(quán)利要求】
1.一種高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜及制備方法，其特征在于，其由銅靶和鎢靶利用雙離子束濺射轟擊沉積在基片上形成的假合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用雙離子束濺射所用銅靶的銅含量大于99.9%和鎢靶的鎢含量大于99.9%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法利用雙離子束濺射高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合薄膜里的銅和鎢的含量由濺射離子的能量和束流控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述在濺射沉積前需要利用低能離子束清洗基片，濺射出的高導(dǎo)熱低膨脹銅鎢復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)程非晶態(tài)即假合金。
【文檔編號】C23C14/14GK103572226SQ201210280483
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月8日
【發(fā)明者】艾永平, 劉利軍, 吳利成 申請人:吉安市艾生建材科技有限公司