一种制备cpc层状复合材料的方法及一种cpc层状复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料领域，特别是用于微电子封装热沉材料的复合材料。更具体 的，本发明涉及一种CPC层状复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，随着集成电路工业的飞速发展，集成电路的集成规模和集成度均日益提高， 电路的布线宽度已由原先的微米级向亚微米级发展。集成度提高和布线宽度变窄带来的直 接问题是，芯片与基板连接的可靠性降低，同时芯片单位面积的发热量增大，高温下导致器 件容易失效。要从根本上解决上述问题，就需要进一步提高集成电路的封装水平，除了开发 新的封装技术外，还需寻找新的封装材料。
[0003] 对于传统的电子封装材料如Invar、Kovar、W、Mo等，其单一的性能已经不能满足 电子封装行业日益发展的需求。低膨胀、低密度、高导热、具有合适强度及生产成本的新型 电子封装材料是目前研究的目标。一般来说，单一材料已经难以满足上述苛刻的性能要求。 复合材料如钥/铜、钨/铜、铜/钥/铜等，由于能够充分利用各单一材料的优点，表现出较 好的综合性能，成为新一代电子封装材料。
[0004] 在此基础上，铜/钥铜/铜平面层状复合材料（简称CPC层状复合材料）作为第 三代微电子封装热沉材料，其优异的综合性能可满足尖端电子设备的需求。CPC层状复合材 料是一种在钥铜合金层的两侧各复合一层铜层的层状复合材料。其中，作为芯材层的钥铜 合金包括体心立方结构的钥（Mo)和面心立方结构的铜（Cu),其中钥和铜既不互相固溶，又 不形成金属间化合物，仅仅形成钥铜两相混合组织，因此这种合金通常被称为"假合金"。在 该钥铜合金层中，Cu相呈网络状分布，由于Cu具有良好的导电、导热性能，这使得该钥铜合 金层以及整个复合材料在平面方向和厚度方向的导电、导热能力都获得了较大的加强；进 一步，由于钥铜合金芯材层中的钥相具有的高强度、高硬度、和低膨胀系数等特性，使得CPC 层状复合材料还具有良好的力学性能，从而表现出优异的综合性能。
[0005] 目前，CPC层状复合材料的研究发展还不足十年，国内外对其研究仍不成熟。截至 目前，只有美国与日本的少数几家公司成功研制出了这种材料，但其技术资料严格保密；国 内对于该复合材料的研究制备尚无报道。对CPC层状复合材料的研制、开发和生产不仅能 够填补我国的该技术领域的空白，还能满足国内电子封装行业的需求，带来巨大的经济效 Mo
[0006] 现有技术在制备CPC层状复合材料时，通常采用将铜层、钥铜合金层和铜层复合 后轧制的方法。由于钥铜两种金属性能差异很大，乳制参数很难选择，在制备CPC层状复合 材料时，常常出现芯材裂边、各层厚度不均匀、界面不平直、三层厚度比过大或过小等不合 格现象，致使无法得到质量优良的CPC层状复合材料。
【发明内容】
[0007] 鉴于现有技术中存在的一个或多个问题，本发明的一个目的是提供一种CPC层状 复合材料；本发明的又一个目的是提供一种CPC层状复合材料的制备方法；本发明又一个 目的提供一种钥铜合金；本发明再一个目的是提供一种钥铜合金的制备方法。
[0008] 发明人发现采用粒度均匀的钥粉末，经压坯和渗铜后可制备得到可轧性好的钥铜 合金。使用该钥铜合金制成的合金板板与两层铜板层叠后轧制，可获得层厚度均匀的CPC 层状复合材料。
[0009] 在本发明的一个实施方案中，提供一种制备钥铜合金的方法，包括如下步骤： [0010] (1)得到弥散钥粉，
[0011] (2)由步骤（1)得到的所述弥散钥粉制成钥骨架坯，
[0012] (3)向步骤（2)得到的所述钥骨架坯中渗铜，得到所述钥铜合金；
[0013] 其中，所述弥散钥粉的（090-00)/1)50彡2.1，优选彡2.0，再优选彡1.9、彡1.8、 彡1. 7、或彡1. 6。
[0014] 在本发明的另一个实施方案中，提供一种钥铜合金，其由本发明前述实施方案的 方法制得。
[0015] 在本发明的另一个实施方案中，提供一种钥铜合金板，其通过加工本发明前述实 施方案的钥铜合金制得。
[0016] 在本发明的另一个实施方案中，提供一种制备CPC层状复合材料的方法，其包括 如下步骤：
[0017] (1)将一层铜板、一层钥铜合金板和一层铜板依次层叠形成多层板；
[0018] (2)通过轧制将所述多层板复合，
[0019] 所述钥铜合金板为本发明前述实施方案的钥铜合金板，
[0020] 优选地，所述铜板中的至少一层为无氧铜板。
[0021] 在本发明的另一个实施方案中，提供一种CPC层状复合材料，由本发明前述实施 方案中的方法制得。
[0022] 在本发明的另一个实施方案中，提供一种CPC层状复合材料，其包括1层钥铜合金 层和两层铜层，所述钥铜合金层在两层铜层之间，其中所述钥铜合金层的单层厚度偏差在 10%以下，进一步在7%以下，进一步在5%以下，进一步在3%以下，更进一步在1 %以下。 该CPC层状复合材料可以由本发明前述实施方案中的方法制得。
[0023] 原料钥粉中通常存在大尺寸颗粒聚团，这些聚团通常称为粉末的二次颗粒。本发 明通过对原料钥粉进行粒度分级处理，打散上述二次颗粒，获得分离度更高的粉末颗粒，这 些分离度更高的粉末颗粒通常称为粉末的一次颗粒；然后去除钥粉中的最粗钥粉和最细钥 粉，获得粒度高度集中的弥散钥粉。需要说明的是，本领域技术人员对于一次颗粒和二次颗 粒的概念是清楚，上述内容不是对于一次颗粒和二次颗粒的定义，而仅仅是结合本发明技 术方案的进一步解释。
[0024] 对于本发明中00、025、050、075、090，所述的011(例如，11 = 0、25、50、75、90)是指： 通过激光衍射法测定的钥粉的累积粒度分布（以质量分数为基准）中，从小粒度一侧计数 至n wt%时的粒度值。例如，D90为累积粒度分布（以质量分数为基准）中，从小粒度一侧 计数至90wt %的粒度值。本发明中钥粉样品的所有颗粒具有相同的密度，因此体积基准累 积粒度分布的（D0、D25、D50、D75、D90)实质上与质量基准累积粒度分布的（D0、D25、D50、 D75、D90)相一致。在本申请中，除非另外指出，均为质量基准累计粒度分布。
[0025] 本发明中，最粗钥粉是指钥粉中粒度较大的钥粉，最细钥粉是指钥粉中粒度较小 的钥粉。例如，去除占钥粉总重量10%的最粗钥粉是指，根据质量基准累积粒度分布曲线， 去除粒度大于D90的粉末；去除占钥粉总重量10 %的最细钥粉是指，根据质量基准累积粒 度分布曲线，去除粒度小于DlO的粉末；以此类推。
[0026] 本发明中，Moa CuP合金表示合金中的钥、铜质量含量比值为α : β，（α+β = 100)，例如Mo70Cu30代表钥铜质量比为70:30的钥铜合金，以此类推。
[0027] 本发明中，相对密度是指测密度和理论密度比值的百分数。
[0028] 本发明CPC层状复合材料包括2层铜层和1层钥铜合金层，所述钥铜合金层处于 两层铜层之间。为了体现本发明CPC层状复合材料的均匀性，本发明提出了一种衡量CPC 层状复合材料层厚度均匀性的方法。
[0029] 具体地，如图1所示，使用扫描电子显微镜拍摄CPC层状复合材料截面的照片，沿 平行于钥铜界面方向大约3mm长度范围内，分别测量每层铜层（或钥铜合金层）的厚度。测 量点选取的方法为：对于每一层，沿平行于界面方向每隔〇. 4?0. 6mm选取1个测量点，共 选取5个测量点，得到5个该层的厚度值。
[0030] 进一步地，为定量表现单层厚度的均匀性，和多层厚度之间的均一性，本发明作如 下定义：
[0031] 单层厚度均值：每一层的5个厚度值的平均值。
[0032] 单层厚度偏差：每一层的5个厚度值的极差与该层的单层厚度均值的比值的百分 数。
[0033] 多层厚度均值：多个层的单层厚度均值的平均值。
[0034] 多层厚度变动：多个层的单层厚度均值的极差与上述多个层的多层厚度均值的比 值的百分数。
[0035] 单层厚度偏差越小，则单层的厚度的均匀性越好。多层厚度变动越小，则多层厚度 之间的厚度均一性越好。
[0036] 与现有技术相比，本发明CPC层状复合材料具有以下至少一项优点：
[0037] (1)钥铜合金层的单层厚度偏差较小；
[0038] (2)铜层的单层厚度偏差较小；
[0039] (3)铜层的多层厚度变动较小。
【附图说明】
[0040] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0041] 图1为实施例1原料钥粉的扫描电子显微镜照片。
[0042] 图2为实施例1弥散钥粉的扫描电子显微镜照片。
[0043] 图3为实施例1的CPC层状复合材料截面的扫描电子显微镜照片。
[0044] 图4为实施例2的CPC层状复合材料截面的扫描电子显微镜照片。
[0045] 图5为实施例3的CPC层状复合材料截面的扫描电子显微镜照片。
[0046] 图6为对比例1的CPC层状复合材料截面的光学显微镜放大照片（30倍）。
[0047] 图7为对比例2的CPC层状复合材料截面的照片。
[0048] 图8为实施例1的CPC层状复合材料侧面腐蚀后的光学显微镜放大照片（10倍）。
[0049] 图9为实施例1的CPC层状复合材料冲压件的照片
【具体实施方式】
[0050] 本发明提供了如下的具体实施方案以及他们之间的所有可能的组合。出于简洁的 目的，本申请没有逐一记载实施方案的各种具体组合方式，但应当认为本申请具体记载并 公开了所述具体实施方案的所有可能的组合方式。
[0051] 在本发明的一个实施方案中，提供了一种制备钥铜合金的方法，包括如下步骤：
[0052] (1)得到弥散钥粉，
[0053] (2)由步骤⑴得到的所述弥散钥粉制成钥骨架坯，
[0054] (3)向步骤⑵得到的所述钥骨架坯中渗铜，得到所述钥铜合金；
[0055] 其中，所述弥散钥粉的（090-00)/1)50彡2.1，优选彡2.0，再优选彡1.9、彡1.8、 彡1. 7、或彡1. 6。
[0056] 在本发明一个优选实施方案中，本发明提供了一种制备钥铜合金的方法，其中，所 述弥散钥粉的D90-D0彡20 μ m，优选彡15 μ m，再优选彡10 μ m、9 μ m或8 μ m。
[0057] 在本发明一个优选实施方案中，本发