一種制備cpc層狀復(fù)合材料的方法及一種cpc層狀復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是用于微電子封裝熱沉材料的復(fù)合材料。更具體 的，本發(fā)明涉及一種CPC層狀復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著集成電路工業(yè)的飛速發(fā)展，集成電路的集成規(guī)模和集成度均日益提高， 電路的布線寬度已由原先的微米級向亞微米級發(fā)展。集成度提高和布線寬度變窄帶來的直 接問題是，芯片與基板連接的可靠性降低，同時(shí)芯片單位面積的發(fā)熱量增大，高溫下導(dǎo)致器 件容易失效。要從根本上解決上述問題，就需要進(jìn)一步提高集成電路的封裝水平，除了開發(fā) 新的封裝技術(shù)外，還需尋找新的封裝材料。
[0003] 對于傳統(tǒng)的電子封裝材料如Invar、Kovar、W、Mo等，其單一的性能已經(jīng)不能滿足 電子封裝行業(yè)日益發(fā)展的需求。低膨脹、低密度、高導(dǎo)熱、具有合適強(qiáng)度及生產(chǎn)成本的新型 電子封裝材料是目前研究的目標(biāo)。一般來說，單一材料已經(jīng)難以滿足上述苛刻的性能要求。 復(fù)合材料如鑰/銅、鎢/銅、銅/鑰/銅等，由于能夠充分利用各單一材料的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出較 好的綜合性能，成為新一代電子封裝材料。
[0004] 在此基礎(chǔ)上，銅/鑰銅/銅平面層狀復(fù)合材料（簡稱CPC層狀復(fù)合材料）作為第 三代微電子封裝熱沉材料，其優(yōu)異的綜合性能可滿足尖端電子設(shè)備的需求。CPC層狀復(fù)合材 料是一種在鑰銅合金層的兩側(cè)各復(fù)合一層銅層的層狀復(fù)合材料。其中，作為芯材層的鑰銅 合金包括體心立方結(jié)構(gòu)的鑰（Mo)和面心立方結(jié)構(gòu)的銅（Cu),其中鑰和銅既不互相固溶，又 不形成金屬間化合物，僅僅形成鑰銅兩相混合組織，因此這種合金通常被稱為"假合金"。在 該鑰銅合金層中，Cu相呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，由于Cu具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，這使得該鑰銅合 金層以及整個(gè)復(fù)合材料在平面方向和厚度方向的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力都獲得了較大的加強(qiáng)；進(jìn) 一步，由于鑰銅合金芯材層中的鑰相具有的高強(qiáng)度、高硬度、和低膨脹系數(shù)等特性，使得CPC 層狀復(fù)合材料還具有良好的力學(xué)性能，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。
[0005] 目前，CPC層狀復(fù)合材料的研究發(fā)展還不足十年，國內(nèi)外對其研究仍不成熟。截至 目前，只有美國與日本的少數(shù)幾家公司成功研制出了這種材料，但其技術(shù)資料嚴(yán)格保密；國 內(nèi)對于該復(fù)合材料的研究制備尚無報(bào)道。對CPC層狀復(fù)合材料的研制、開發(fā)和生產(chǎn)不僅能 夠填補(bǔ)我國的該技術(shù)領(lǐng)域的空白，還能滿足國內(nèi)電子封裝行業(yè)的需求，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效 Mo
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)在制備CPC層狀復(fù)合材料時(shí)，通常采用將銅層、鑰銅合金層和銅層復(fù)合 后軋制的方法。由于鑰銅兩種金屬性能差異很大，乳制參數(shù)很難選擇，在制備CPC層狀復(fù)合 材料時(shí)，常常出現(xiàn)芯材裂邊、各層厚度不均勻、界面不平直、三層厚度比過大或過小等不合 格現(xiàn)象，致使無法得到質(zhì)量優(yōu)良的CPC層狀復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種CPC層狀 復(fù)合材料；本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種CPC層狀復(fù)合材料的制備方法；本發(fā)明又一個(gè) 目的提供一種鑰銅合金；本發(fā)明再一個(gè)目的是提供一種鑰銅合金的制備方法。
[0008] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用粒度均勻的鑰粉末，經(jīng)壓坯和滲銅后可制備得到可軋性好的鑰銅 合金。使用該鑰銅合金制成的合金板板與兩層銅板層疊后軋制，可獲得層厚度均勻的CPC 層狀復(fù)合材料。
[0009] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種制備鑰銅合金的方法，包括如下步驟： [0010] (1)得到彌散鑰粉，
[0011] (2)由步驟（1)得到的所述彌散鑰粉制成鑰骨架坯，
[0012] (3)向步驟（2)得到的所述鑰骨架坯中滲銅，得到所述鑰銅合金；
[0013] 其中，所述彌散鑰粉的（090-00)/1)50彡2.1，優(yōu)選彡2.0，再優(yōu)選彡1.9、彡1.8、 彡1. 7、或彡1. 6。
[0014] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種鑰銅合金，其由本發(fā)明前述實(shí)施方案的 方法制得。
[0015] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種鑰銅合金板，其通過加工本發(fā)明前述實(shí) 施方案的鑰銅合金制得。
[0016] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種制備CPC層狀復(fù)合材料的方法，其包括 如下步驟：
[0017] (1)將一層銅板、一層鑰銅合金板和一層銅板依次層疊形成多層板；
[0018] (2)通過軋制將所述多層板復(fù)合，
[0019] 所述鑰銅合金板為本發(fā)明前述實(shí)施方案的鑰銅合金板，
[0020] 優(yōu)選地，所述銅板中的至少一層為無氧銅板。
[0021] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種CPC層狀復(fù)合材料，由本發(fā)明前述實(shí)施 方案中的方法制得。
[0022] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種CPC層狀復(fù)合材料，其包括1層鑰銅合金 層和兩層銅層，所述鑰銅合金層在兩層銅層之間，其中所述鑰銅合金層的單層厚度偏差在 10%以下，進(jìn)一步在7%以下，進(jìn)一步在5%以下，進(jìn)一步在3%以下，更進(jìn)一步在1 %以下。 該CPC層狀復(fù)合材料可以由本發(fā)明前述實(shí)施方案中的方法制得。
[0023] 原料鑰粉中通常存在大尺寸顆粒聚團(tuán)，這些聚團(tuán)通常稱為粉末的二次顆粒。本發(fā) 明通過對原料鑰粉進(jìn)行粒度分級處理，打散上述二次顆粒，獲得分離度更高的粉末顆粒，這 些分離度更高的粉末顆粒通常稱為粉末的一次顆粒；然后去除鑰粉中的最粗鑰粉和最細(xì)鑰 粉，獲得粒度高度集中的彌散鑰粉。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員對于一次顆粒和二次顆 粒的概念是清楚，上述內(nèi)容不是對于一次顆粒和二次顆粒的定義，而僅僅是結(jié)合本發(fā)明技 術(shù)方案的進(jìn)一步解釋。
[0024] 對于本發(fā)明中00、025、050、075、090，所述的011(例如，11 = 0、25、50、75、90)是指： 通過激光衍射法測定的鑰粉的累積粒度分布（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為基準(zhǔn)）中，從小粒度一側(cè)計(jì)數(shù) 至n wt%時(shí)的粒度值。例如，D90為累積粒度分布（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為基準(zhǔn)）中，從小粒度一側(cè) 計(jì)數(shù)至90wt %的粒度值。本發(fā)明中鑰粉樣品的所有顆粒具有相同的密度，因此體積基準(zhǔn)累 積粒度分布的（D0、D25、D50、D75、D90)實(shí)質(zhì)上與質(zhì)量基準(zhǔn)累積粒度分布的（D0、D25、D50、 D75、D90)相一致。在本申請中，除非另外指出，均為質(zhì)量基準(zhǔn)累計(jì)粒度分布。
[0025] 本發(fā)明中，最粗鑰粉是指鑰粉中粒度較大的鑰粉，最細(xì)鑰粉是指鑰粉中粒度較小 的鑰粉。例如，去除占鑰粉總重量10%的最粗鑰粉是指，根據(jù)質(zhì)量基準(zhǔn)累積粒度分布曲線， 去除粒度大于D90的粉末；去除占鑰粉總重量10 %的最細(xì)鑰粉是指，根據(jù)質(zhì)量基準(zhǔn)累積粒 度分布曲線，去除粒度小于DlO的粉末；以此類推。
[0026] 本發(fā)明中，Moa CuP合金表示合金中的鑰、銅質(zhì)量含量比值為α : β，（α+β = 100)，例如Mo70Cu30代表鑰銅質(zhì)量比為70:30的鑰銅合金，以此類推。
[0027] 本發(fā)明中，相對密度是指測密度和理論密度比值的百分?jǐn)?shù)。
[0028] 本發(fā)明CPC層狀復(fù)合材料包括2層銅層和1層鑰銅合金層，所述鑰銅合金層處于 兩層銅層之間。為了體現(xiàn)本發(fā)明CPC層狀復(fù)合材料的均勻性，本發(fā)明提出了一種衡量CPC 層狀復(fù)合材料層厚度均勻性的方法。
[0029] 具體地，如圖1所示，使用掃描電子顯微鏡拍攝CPC層狀復(fù)合材料截面的照片，沿 平行于鑰銅界面方向大約3mm長度范圍內(nèi)，分別測量每層銅層（或鑰銅合金層）的厚度。測 量點(diǎn)選取的方法為：對于每一層，沿平行于界面方向每隔〇. 4?0. 6mm選取1個(gè)測量點(diǎn)，共 選取5個(gè)測量點(diǎn)，得到5個(gè)該層的厚度值。
[0030] 進(jìn)一步地，為定量表現(xiàn)單層厚度的均勻性，和多層厚度之間的均一性，本發(fā)明作如 下定義：
[0031] 單層厚度均值：每一層的5個(gè)厚度值的平均值。
[0032] 單層厚度偏差：每一層的5個(gè)厚度值的極差與該層的單層厚度均值的比值的百分 數(shù)。
[0033] 多層厚度均值：多個(gè)層的單層厚度均值的平均值。
[0034] 多層厚度變動：多個(gè)層的單層厚度均值的極差與上述多個(gè)層的多層厚度均值的比 值的百分?jǐn)?shù)。
[0035] 單層厚度偏差越小，則單層的厚度的均勻性越好。多層厚度變動越小，則多層厚度 之間的厚度均一性越好。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明CPC層狀復(fù)合材料具有以下至少一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：
[0037] (1)鑰銅合金層的單層厚度偏差較??；
[0038] (2)銅層的單層厚度偏差較小；
[0039] (3)銅層的多層厚度變動較小。
【附圖說明】
[0040] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0041] 圖1為實(shí)施例1原料鑰粉的掃描電子顯微鏡照片。
[0042] 圖2為實(shí)施例1彌散鑰粉的掃描電子顯微鏡照片。
[0043] 圖3為實(shí)施例1的CPC層狀復(fù)合材料截面的掃描電子顯微鏡照片。
[0044] 圖4為實(shí)施例2的CPC層狀復(fù)合材料截面的掃描電子顯微鏡照片。
[0045] 圖5為實(shí)施例3的CPC層狀復(fù)合材料截面的掃描電子顯微鏡照片。
[0046] 圖6為對比例1的CPC層狀復(fù)合材料截面的光學(xué)顯微鏡放大照片（30倍）。
[0047] 圖7為對比例2的CPC層狀復(fù)合材料截面的照片。
[0048] 圖8為實(shí)施例1的CPC層狀復(fù)合材料側(cè)面腐蝕后的光學(xué)顯微鏡放大照片（10倍）。
[0049] 圖9為實(shí)施例1的CPC層狀復(fù)合材料沖壓件的照片
【具體實(shí)施方式】
[0050] 本發(fā)明提供了如下的具體實(shí)施方案以及他們之間的所有可能的組合。出于簡潔的 目的，本申請沒有逐一記載實(shí)施方案的各種具體組合方式，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本申請具體記載并 公開了所述具體實(shí)施方案的所有可能的組合方式。
[0051] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種制備鑰銅合金的方法，包括如下步驟：
[0052] (1)得到彌散鑰粉，
[0053] (2)由步驟⑴得到的所述彌散鑰粉制成鑰骨架坯，
[0054] (3)向步驟⑵得到的所述鑰骨架坯中滲銅，得到所述鑰銅合金；
[0055] 其中，所述彌散鑰粉的（090-00)/1)50彡2.1，優(yōu)選彡2.0，再優(yōu)選彡1.9、彡1.8、 彡1. 7、或彡1. 6。
[0056] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種制備鑰銅合金的方法，其中，所 述彌散鑰粉的D90-D0彡20 μ m，優(yōu)選彡15 μ m，再優(yōu)選彡10 μ m、9 μ m或8 μ m。
[0057] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)