一种高导热低膨胀铜钨复合薄膜及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高导热低膨胀铜钨复合薄膜及制备方法，其由铜靶和钨靶利用双离子束溅射轰击沉积在基片上形成，所用双离子束溅射铜靶的铜含量大于99.9％和钨靶的钨含量大于99.9％；利用双离子束溅射高导热低膨胀铜钨复合薄膜里的铜和钨的含量由溅射离子的能量和束流控制；在溅射沉积前需要利用低能离子束清洗基片，溅射出的高导热低膨胀铜钨复合膜的结构程非晶态即假合金，主要用于热沉材料。
【专利说明】一种高导热低膨胀铜钨复合薄膜及制备方法
【技术领域】[0001]本发明涉及一种热沉材料，具体地说，涉及一种高导热低膨胀系数的电子散热封装复合材料。
技术背景
[0002]Cu-W复合材料是目前功率器件中普遍采用的热沉材料之一，它具有良好的导热性能和与S1、GaAs等半导体管芯接近的热膨胀系数。复合材料的致密度是影响材料的电导率、热导率和膨胀特性的主要因素，是关键的技术指标。其随着大功率半导体激光器功率的提高，半导体器件的超微型化，其功耗密度越来越高，对封装用的热沉材料提出了更高的要求，不仅要求具有良好的导热性能和与SiGaAs等半导体接近的热膨胀系数，而且还具有足够的粘结强度、良好的加工性、轻重量和低成本等特性。目前，在大规模集成电路和功率器件中热沉材料主要采用Cu-W复合材料，其导热率一般为130~190W/mk，重量大，且与管芯的粘结强度很低，不能满足半导体激光器功率日益最大的需要。虽热沉片厚度增大近一倍亦可工作，但工作寿命和连续工作时间将受到限制。
[0003]Cu-W复合材料传统制备方法主要采用粉末冶金法，包括粉末混合压制体液相烧结法和粉末混合压制体烧结一浸渗法两种。由于这两种方法难以实现高致密，高均匀，且成分及尺寸控制准确率不高，使得材料的导热等性能难以达到理想效果，同时模具的损耗和磨损严重，使生产成本增加。为了解决这些问题近年发展了一些新的技术，如:活化烧结、机械合金化、氧化物粉末共还原烧结、大气压固结、金属粉末注射成形、以及烧结体的后续处理等。上述各种方法在不同方面改善了材料的性能，拓展了材料的应用空间，但由于Cu、W在常温下互不浸润，难以均匀混合，要实现高的致密度、高的均匀性还是比较困难，而且，这些方法工序长执行难度大、制备的复合材料密度大，不利于器件轻型化。因此，新技术、新结构仍在不断发展中。目前制备Cu-W(Mo)薄膜的新方法中主要有磁控溅射沉积、离子束溅射沉积、离子束辐照、电子束共蒸发沉积等，采用离子束溅射法沉积制备铜钨薄膜的研究很少，更很少有成熟的可以实际应用的产品出现。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于采用离子束溅射法沉积制备高导热低膨胀铜钨复合薄膜用于电子封装的热沉材料。
[0005]本发明的目的是通过下述方案实现的:先用低能离子束清洗基片，再利用双束离子束同时溅射含铜大于99.9%的铜靶和含钨大于99.9%的钨靶，使铜靶里的铜原子和钨靶里的钨原子同时溅射出来沉积在下面有冷却水的旋转基片上形成铜钨复合薄膜，铜钨薄膜各组分的含量分别通过离子束的能量和束流来控制，双离子束溅射装置如图1。
[0006]制备出的高导热低膨胀铜钨复合薄膜结构如图2，从图2可以看出高导热低膨胀铜钨复合薄膜程非晶态即假合金。【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1双离子束溅射镀膜原理示意图(I连接真空机组2.旋转水冷样品台3.基片4、5.溅射离子源6.旋转水冷靶7.中能轰击离子源8.低能轰击离子源)
[0008]图2.高导热低膨胀铜钨复合薄膜电子衍射图
【具体实施方式】
[0009]实施例1:
[0010]两个溅射靶有水冷装置可升降调节，靶功率由调靶电流自动控制。靶材W纯度99.9%尺寸Φ 76*4，距基片距离87cm与垂直成30度角；靶材Cu纯度99.9%尺寸Φ76*4，距基片距离IOOcm与垂直成30度角，两靶距离23cm。所用基片Φ 25mm厚度4mm的Fe片，基片先用丙酮清洗10分钟再用酒精 清洗10分钟，放在加热恒温干燥箱里烘干后离子束高能轰击清洗30分钟。样品台下装有水冷系统，以15转/分自转。工作气体是纯度99.9%的氩气，气压由真空计控制，气体流量由流量仪控制，钨溅射靶Ar+能量调到3.6kev，束流60mA，铜溅射靶Ar+能量调到1.9kev,束流25mA ;低能辅助沉积源能量调到0.3kev,束流21mA，溅射I小时后得到高导热低膨胀铜钨复合薄膜。
[0011]实施例2:
[0012]铜钨靶之间距离26cm，离子源与平面成45度角，离子源到靶的距离为25cm，靶材到基片垂直距离为20cm。基片以15转/min自转，基片下装有水冷系统。鹤祀纯度为99.9%，尺寸为Φ76Χ4πιπι，铜靶纯度为99.9%，尺寸为Φ76Χ4πιπι。工作气体为纯度99.99 %的氩气，基片为直径Φ IOmm,厚度0.45mm的无氧铜。实验是在本底真空1.0 X 10_4pa下充氩气，工作气压控制在2.1X 10_2pa。先用低能辅助沉积源清洗试样表面以提高粘结力，钨溅射靶Ar+能量调到3kev，束流65mA，铜溅射靶Ar+能量调到lkev，束流20mA ;低能辅助沉积源能量调到0.4kev，束流20mA，对此试样溅射2小时得到高导热低膨胀铜钨复合膜。
【权利要求】
1.一种高导热低膨胀铜钨复合薄膜及制备方法，其特征在于，其由铜靶和钨靶利用双离子束溅射轰击沉积在基片上形成的假合金。
2.根据权利要求1所述利用双离子束溅射所用铜靶的铜含量大于99.9%和钨靶的钨含量大于99.9%。
3.根据权利要求1所述的制备方法利用双离子束溅射高导热低膨胀铜钨复合薄膜里的铜和钨的含量由溅射离子的能量和束流控制。
4.根据权利要求1所述在溅射沉积前需要利用低能离子束清洗基片，溅射出的高导热低膨胀铜钨复合膜的结构程非晶态即假合金。
【文档编号】C23C14/14GK103572226SQ201210280483
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月8日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】艾永平, 刘利军, 吴利成 申请人:吉安市艾生建材科技有限公司