專利名稱：一種箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:一種箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件及其制備方法，屬于高性能功能材料領(lǐng)域。管壁材料I和封接層材料2采用低熱膨脹系數(shù)的兩相復(fù)合材料X/Y (5 25)wt%構(gòu)成，X為金屬粘結(jié)相(Al，Cu，Ag中的一種):Y為增強(qiáng)相(SiCp，W，Mo，金剛石中的一種)。散熱面4采用高熱導(dǎo)率的兩相復(fù)合材料X/Y (45^100) wt%構(gòu)成，中間過(guò)渡層3采用介于封接層2與散熱層4之間的兩相復(fù)合材料X/Y(25 45)wt%構(gòu)成。制備方法是將兩相粉末材料按配比充分混合，之后采用層層鋪裝的方法，放入燒結(jié)模具之中，經(jīng)2(T50MPa的壓力預(yù)壓實(shí)后，進(jìn)行鍛造燒結(jié)，燒結(jié)溫度95(Tl080°C，壓力3(TllOMPa，燒結(jié)時(shí)間2 5h。燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)簡(jiǎn)單處理，獲得箱式結(jié)構(gòu)元件。優(yōu)點(diǎn)在于材料利用率高，尺寸精度高，避免了管壁材料I與熱沉材料中封接層2之間釬焊工藝,大大縮短制備流程。
背景技術(shù)：
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在微波功率器件中，要求熱沉材料具有較高的導(dǎo)熱性能，同時(shí)還要有低的熱膨脹系數(shù)滿足與基板材料和管壁材料實(shí)現(xiàn)良好的熱匹配。金屬基復(fù)合材料通過(guò)調(diào)節(jié)強(qiáng)化相的體積分?jǐn)?shù)可以較好地滿足上面的性能要求。其中強(qiáng)化相包括SiCp，W，Mo，金剛石等，基相包括Al，Cu，Ag等。隨著微波功率器件功率大幅度增加和集成電路的集成度越來(lái)越高，均質(zhì)的金屬基復(fù)合材料很難滿足要求，迫切需要一種新型高性能的散熱材料，研究者提出了梯度熱沉材料這一概念，這種材料在保證封接層與基板材料和管壁材料實(shí)現(xiàn)熱匹配封接的同時(shí)，進(jìn)一步提高了散熱材料的導(dǎo)熱性能。無(wú)論均質(zhì)的金屬基復(fù)合材料還是呈梯度結(jié)構(gòu)變化的金屬基復(fù)合材料作為熱沉材料多呈片狀結(jié)構(gòu)，熱沉材料與管壁材料一般采用釬焊的方法連接在一起形成箱式結(jié)構(gòu)元件才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)集成電路的封裝。因此，熱沉材料與管壁材料連接的牢固性和密封性對(duì)元件的性能有著很大的影響。鍛造燒結(jié)方法是在粉末燒結(jié)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的成形，使管壁與熱沉材料能夠一次成形，并牢固地連接在一起，相比釬焊法能夠獲得更加牢固的箱式結(jié)構(gòu)元件，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化制備箱式結(jié)構(gòu)元件的工藝流程，節(jié)省成本
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明提供了一種箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件及其制備方法。這種元件不通過(guò)釬焊工藝連接形成的箱式結(jié)構(gòu)，且該元件底部的散熱部分呈現(xiàn)梯度變化。制備方法是采用鍛造燒結(jié)方法一次成型箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件，提高管壁材料I與熱沉材料中封接層2連接的牢固性和密封性，進(jìn)而提高元件使用性能。使用該方法制備箱式結(jié)構(gòu)元件的致密性達(dá)到近全致密的程度O 98%)，封接層2和管壁材料I具有低的熱膨脹系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了與基板材料很好的匹配。克服了傳統(tǒng)方法的制備箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件繁鎖的工藝。本發(fā)明采用的方案是:I)根據(jù)需要設(shè)計(jì)封接層2和管壁材料1，中間過(guò)渡層3，散熱層4的成分，其中封接層2和管壁材料I的組成成分為X/Y (5 25)被％，乂為金屬粘結(jié)相(么1，(:1148中的一種):Y為增強(qiáng)相(SiCp，W，Mo，金剛石中的一種)。散熱層4的組成成分為X/Y (45 100)wt%，中間過(guò)渡層3的組成成分為X/Y (25 45) wt%2)按照設(shè)計(jì)好的配比充分混合兩種粉末，不加入任何燒結(jié)助劑，之后把混合粉末層層鋪裝在模具中，進(jìn)行壓實(shí)。3)將模具放在程控?zé)釅籂t進(jìn)行鍛造燒結(jié)，燒結(jié)工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度95(Tl080°C，壓力30 110MPa，燒結(jié)時(shí)間2 5h。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果，體現(xiàn)在:I)與傳統(tǒng)制備箱式結(jié)構(gòu)元件的工藝相比，避免了管壁材料I與熱沉材料中封接層2釬焊連接,大大縮短工藝流程。2)該方法制備的箱式結(jié)構(gòu)元件的管壁材料I和熱沉材料中封接層2連接的更加牢固，且具有相同的熱膨脹系數(shù)，抗熱疲勞破壞的能力和更強(qiáng)，使用安全性能得到進(jìn)一步的提聞。3)該方法制備的箱式結(jié)構(gòu)元件底部散熱部分仍然具有梯度結(jié)構(gòu)變化，保持梯度熱沉材料的較好的散熱性能。


圖1為箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件示意圖。圖2為本發(fā)明制備的箱式元件樣品外觀。圖3為箱式結(jié)構(gòu)元件底部梯度結(jié)構(gòu)形貌。圖1、3中標(biāo)示為:1_管壁，2-封接層，3-中間層，4-散熱層。
具體實(shí)施例方式以制備箱式結(jié)構(gòu)W-Cu熱沉材料元件(如圖1所示)為例:實(shí)驗(yàn)采用的W粉A和B的主要粒度分別為38.9 76.8 μ m和2.2 5.0ym,純度大于99.9%，電解Cu粉平均粒度8.3 μ m，純度大于99.5%。封接層和管壁材料設(shè)計(jì)為W/Cu20，中間過(guò)渡層為W/Cu33，散熱層W/Cu50。I)封接層和管壁共稱取1.858克W粉A，0.468克W粉B和0.585克Cu粉；中間層稱取1.684克W粉B和0.83克Cu粉；散熱層稱取0.876克W粉B和0.876克Cu粉。將稱取好的粉末充分混合配制成W/Cu20、W/Cu33和W/Cu50復(fù)合粉末。2)采用層層鋪裝的方法，將混合好的粉末，放入燒結(jié)模具之中，經(jīng)2(T50MPa的壓力預(yù)壓實(shí)后，進(jìn)行鍛造燒結(jié)，燒結(jié)溫度1060°C，壓力85MPa，燒結(jié)時(shí)間3h。3)燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)簡(jiǎn)單處理，獲得箱式結(jié)構(gòu)元件，如圖2所示。優(yōu)點(diǎn)在于材料利用率高，尺寸精度高，避免了管壁材料與熱沉材料之間釬焊工藝，大大縮短制備流程。4)箱式結(jié)構(gòu)W-Cu梯度熱沉材料元件底部各層之間界面位清晰，各層的組織結(jié)構(gòu)致密，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件及其制備方法，其特征在于: 1)根據(jù)需要設(shè)計(jì)封接層2和管壁材料1，中間過(guò)渡層3，散熱層4的成分，其中封接層2和管壁材料I的組成成分為X/Y (5^25) wt%, X為金屬粘結(jié)相(Al，Cu，Ag中的一種):Y為增強(qiáng)相(SiCp，W，Mo，金剛石中的一種)，散熱層4的組成成分為X/Y (45 100) wt%，中間過(guò)渡層3的組成成分為X/Y (25 45) wt% ； 2)按照設(shè)計(jì)好的配比充分混合兩種粉末，不加入任何燒結(jié)助劑，之后把混合粉末層層鋪裝在模具中，進(jìn)行壓實(shí)； 3)將模具放在程控?zé)釅籂t進(jìn)行鍛造燒結(jié)，燒結(jié)工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度95(T108(TC，壓力3(Tl IOMPa,燒結(jié)時(shí)間2飛h，之后隨爐冷卻，獲得組織致密的箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件及其制備方法，其特征在于:這種元件不通過(guò)釬焊工藝連接形成的箱式結(jié)構(gòu)，且該元件底部的散熱部分呈現(xiàn)梯度變化；使用該方法制備箱式結(jié)構(gòu)元件的致密性達(dá)到近全致密的程度O 98%)，封接層2和管壁材料I具有低的熱膨脹系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了與基板材料很好的匹配，克服了傳統(tǒng)方法的制備箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件繁鎖的 工藝。
全文摘要
一種箱式結(jié)構(gòu)熱沉材料元件及其制備方法，屬于高性能功能材料領(lǐng)域。管壁材料1和封接層材料2采用低熱膨脹系數(shù)的兩相復(fù)合材料X/Y(5~25)wt%構(gòu)成，X為金屬粘結(jié)相(Al，Cu，Ag中的一種)Y 為增強(qiáng)相(SiCp，W，Mo，金剛石中的一種)。散熱面4采用高熱導(dǎo)率的兩相復(fù)合材料X/Y(45~100)wt%構(gòu)成，中間過(guò)渡層3采用介于封接層2與散熱層4之間的兩相復(fù)合材料X/Y(25~45)wt%構(gòu)成。制備方法是將兩相粉末材料按配比充分混合，之后采用層層鋪裝的方法，放入燒結(jié)模具之中，經(jīng)預(yù)壓實(shí)后，進(jìn)行鍛造燒結(jié)。燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)簡(jiǎn)單處理，獲得箱式結(jié)構(gòu)元件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)材料利用率高，尺寸精度高，避免了管壁材料1與熱沉材料中封接層2之間釬焊工藝，大大縮短制備流程。
文檔編號(hào)H01L23/06GK103208463SQ20131014386
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者劉彬彬 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)