[发明专利]一种钨铜薄片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属复合材料的制备工艺领域，特别涉及一种一种钨铜薄片及其制备方法，本发明制备的钨铜薄片符合微电子封装要求。

背景技术

钨铜合金是一种由钨和铜组成的合金，由于钨、铜完全不互溶，因此它是一种两相合金。它兼有钨的高熔点、低热膨胀系数，以及铜的高导热率、高电导率等性能。

随着微电子技术的发展，对于材料的要求越来越高。根据著名的摩尔定律，价格不变时，集成电路上可容纳的电晶体数目，约每隔24个月（现在普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”）便会增加一倍，这就意味着单位容积内功率的大幅增加，随之发热量大增。根据美国空军的调查，70%以上电子元器件的失效与温度过高有关，因此热沉材料对于微电子器件至关重要。

理想的微电子热沉与封装材料，必须满足以下基本要求：材料导热性好，可以将半导体芯片产生的热量及时散发出去；材料要足够致密，避免器件工作室释放所吸附的气体，导致器件失效；材料的热膨胀系数要与Si、GaN、GaAs等芯片材料匹配，以避免芯片因热应力损坏；材料要有足够的强度与刚度，对芯片起支撑作用；材料成本要低，以满足大规模商业生产的需要。

钨铜合金作为一种复合材料，一方面利用了铜的优良导热性，另一方面又利用了钨的低膨胀系数，并且通过调配钨、铜比例，可以设计材料的膨胀系数，使之与芯片匹配，同时钨铜合金强度、刚度均好，可焊性亦佳，因此钨铜合金是目前在高端微电子行业广泛使用的热沉与封装材料。

国内生产钨铜合金的厂家甚多，但是目前国内仅有一两家公司能生产符合微电子封装要求的钨铜合金材料。其原因在于对材料的要求太高：组织均匀，不能有大于0.05mm级别的铜、钨富集区；材料的气密性要求氦质谱仪检漏试验<5×10^-9Pa·m³/s，这意味着材料不能有缺陷，需要接近理论密度，而常规电极钨铜的密度达到97%TD（theory density，理论密度）即可。

由于钨、铜的熔点差异太大，分别为3450℃和1083℃，它们不能熔炼生产，只能通过粉末冶金方法来生产。钨铜合金的生产方法大体分两类，其一，钨粉压坯--渗铜；其二，混粉烧结--轧制，前者难以压制大尺寸薄片，并且熔渗态钨铜尤其是高牌号钨铜合金难以轧制；后者则易于产生钨、铜富集区，因为粉末难以混均匀。因此目前高端要求的钨铜微电子封装薄片只能通过制取较厚（1mm以上）的钨铜片研磨制取，效率不高，成本居高不下，并且大尺寸超薄片如6英寸、0.1mm厚W90Cu10片（LED用）难以研磨。因此符合微电子封装要求的钨铜合金薄片制取工艺急需突破。

发明内容

本发明提供了一种新的微电子封装用钨铜薄片（为前后术语的一致，修改为钨铜薄片，请您确认）的制备方法，克服了现有制备制备方法的缺陷与不足，采用本发明的制备方法制取的材料显微组织均匀、致密、气密性合格，并且生产效率高，材料利用率高，成本得以显著降低。

本发明的第一方面涉及钨铜弥散粉用于轧制钨铜薄片的用途，

优选地，所述的钨铜薄片符合微电子封装要求。

根据本发明第一方面所述的用途，其中所述的钨铜弥散粉由钨、铜化学共沉淀法制取，

优选地，所述的钨铜弥散粉中的钨粒度平均为1微米左右，

进一步优选地，所述的钨铜弥散粉的费氏粒度为5～30微米，

更优选地，所述的钨铜弥散粉中钨的重量百分比含量为50～90％。

本发明的第二方面涉及一种钨铜薄片，由钨铜弥散粉轧制而成，

优选地，所述的钨铜弥散粉由钨、铜化学共沉淀法制取，

进一步优选地，所述的钨铜弥散粉中的钨粒度平均为1微米左右，

更优选地，所述的钨铜弥散粉的费氏粒度为5～30微米，

更进一步优选地，所述的钨铜弥散粉中钨的重量百分比含量为50～90％。

再进一步优选地，所述的钨铜薄片符合微电子封装要求。

在一个优选的实施方案中，本发明第二方面任一项所述的钨铜薄片，其中所述的钨铜薄片密度为99.75%TD以上，气密性氦质谱仪检漏<2×10-9Pa·m3/s，钨、铜富集区<0.03mm。

本发明的第三方面涉及本发明第二方面任一项所述的钨铜薄片的制备方法，该方法的原料为钨铜弥散粉，优选地，所述的钨铜弥散粉由钨、铜化学共沉淀法制取，

进一步优选地，所述的钨铜弥散粉中的钨粒度平均为1微米左右，

更优选地，所述的钨铜弥散粉的费氏粒度为5～30微米，