[发明专利]一种高密度粉末注射成形铜散热器的制备方法

说明书

本发明涉及一种高密度粉末注射成形铜散热器的制备方法，该方法通过粗铜粉进行预氧化，并与一定比例和规格的细铜粉及铜合金粉混合，再与粘结剂混炼制备成喂料后，进行注射成形及脱脂，然后使用真空烧结炉先后进行氢气气氛烧结、真空烧结及加压烧结，获得高密度、高性能的粉末注射成形铜散热器零部件烧结件。与现有技术中粉末注射成形的制备方法相比，本发明提出的制备方法实现了预氧化活化烧结作用、细粉活化烧结作用、液相烧结作用、真空与加压烧结联合作用等多种促进烧结致密化机制，可显著提升材料烧结致密度及综合性能，可满足高热流半导体对高性能、复杂结构铜散热器的性能要求。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种高密度粉末注射成形铜散热器的制备方法。

背景技术

随着半导体器件的不断发展，其小型化、大功率的特点显著增强，使得热流密度进一步增加。由于温度升高，半导体器件易出现故障率提升、服役寿命降低等问题。金属铜导热性能优异，是用于高热流功率半导体散热器的理想材料。为进一步提高铜散热器的散热能力，在结构设计方面应尽可能地提高散热器的翅片数量和形状复杂度，以最大限度的提高散热器比表面积，进而提高散热器表面与冷却介质的换热效率。

然而，随着散热器翅片结构复杂性的提高，传统工艺往往不再能够满足铜散热器的性能要求。例如，对于目前常用的针翅散热器，传统的锻造工艺难以实现针翅间距≤1.5mm的散热器的制备。如采用粉末注射成形技术，虽然能够解决复杂结构散热器的成形问题，但对于铜基粉末注射成形零件，若使用纯铜粉进行单纯固相烧结，致密度难于突破95％，材料中大量孔隙的存在导致热导率、力学性能损失严重，且部件密封性也往往不符合液冷的应用要求。因此，现有技术中，采用粉末注射成形技术制备的铜散热器零部件的致密化程度较低，导致其综合性能下降，限制了产品的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度粉末注射成形铜散热器的制备方法，该制备方法克服了现有技术中粉末注射成形难以制备高密度铜基散热器的问题，能够有效提升材料致密度以及综合性能。

为此，本发明提供了一种高密度粉末注射成形铜散热器的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将粗铜粉进行预氧化，然后与细铜粉、铜合金粉末混合均匀，制备得到原料粉末；其中，所述细铜粉的粒度小于所述粗铜粉的粒度；

S2、将所述原料粉末与粘结剂混合均匀，然后依次经注射成形、脱脂，制备得到坯体；

S3、将所述坯体进行烧结，所述烧结包括依次进行氢气气氛烧结、真空烧结、加压烧结；所述烧结结束后降温，即制备得到铜散热器零部件。

根据本发明的技术方案，采用上述原料粉末可从多个方面促进烧结致密化，具体地，粗铜粉经预氧化后能够在后续的还原条件下生成新生态原子，实现活化烧结，进而促进烧结致密化；细铜粉的烧结活性较高，有利于促进烧结致密化；铜合金粉末的熔点低于纯铜，通过采用低熔点的铜合金粉末可在烧结过程中产生少量液相，从而促进烧结致密化。

进一步，步骤S1中，所述原料粉末中，所述细铜粉的质量分数为15～45％，所述铜合金粉末中铜以外金属的质量分数为0～2％。

在一些实施方式中，所述原料粉末中，所述铜合金粉末中铜以外金属的质量分数大于0，且小于等于2％。

进一步，所述粗铜粉的粒度为325～800目。

进一步，所述细铜粉的粒度小于等于600目。

进一步，步骤S1中，所述预氧化在空气气氛条件下进行。

进一步，步骤S1中，所述粗铜粉和所述细铜粉为雾化铜粉。

进一步，步骤S1中，所述铜合金包括选自下组的一种或两种以上的组合：铜锌合金(CuZn)、铜锡合金(CuSn)、铜铬合金(CuCr)、铜锆合金(CuZr)、铜锰合金(CuMn)、铜锰镍合金(CuMnNi)。