钨铜热沉生产工艺优化及性能的研究

摘要

W-Cu电子封装材料具有优良的导热性能和可调节的热膨胀系数，是目前国内外军用电子元器件特别是固态相控阵雷达首选的电子封装材料。中南大学电子封装材料研究所研制的W-Cu电子封装材料的性能已接近国际同类产品的水平，已为军工用户提供了10万多件。但随着W-Cu电子封装材料零部件的品种、规格愈来愈多，性能要求越来越高，原有的生产工艺和装备在批量生产过程中暴露出一些新问题，主要表现在：导热稳定性不够；表面有孔洞；电镀起泡现象等。本文在工程化研究中从改善成形剂、改善钨粉粒度分布、优化熔渗烧结工艺入手，分析了上述问题产生的原因，并借助扫描电镜对材料的微观形貌进行了观察，结果表明： 1)钨粉经过化学镀铜后有良好的成形性能，铜含量2％的粉末制备的钨骨架相对密度可超过72.46％。添加硬脂酸1％，1.5％的钨粉，在大压力下，获得的钨骨架相对密度超过了72.46％。 2)化学镀铜钨粉制备的钨骨架强度大于加硬脂酸钨粉制备的钨骨架强度，化学镀铜钨粉成形后不用预烧，可以直接进行熔渗，简化了工艺。用铜含量2％的钨粉或掺硬脂酸1％制备得出的W-15Cu合金组织均匀，致密度高。 3)平均粒径10 μ m的钨粉压缩性，成形性较好，制成的钨铜合金热导较高，适合用来制备W-15Cu合金，粗细混合粉压缩性比平均粒径10 μ m的钨粉好，适合用来制备W_-10Cu合金。 4)通过加硬质合金球，对钨粉进行干磨8小时，能够使团聚在一起的钨粉分散开，钨粉粒度分布更均匀，可以制备出组织均匀的钨铜复合材料。 5)在1300℃左右熔渗钨铜复合材料可以获得相对较高的热导率和较均匀的组织。1300℃熔渗时，熔渗时间对产品热导率影响不大，因此对于电子封装所用的钨铜复合材料，为了提高生产效率，节约成本，熔渗时间确定为30分钟。 6)将熔渗、机加工后的产品加热到800℃下，在氢气保护下退火后，W-15Cu产品的导热率达到了180 W·m-1·K-1以上。

目录

文摘

英文文摘

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第一章文献综述

第二章实验过程及方法

2.1 W-15Cu合金的制备

2.2研究内容

2.2.1成形剂对钨粉成形性能的影响

2.2.2成形剂对钨铜合金性能的影响

2.2.3钨粉粒径对钨铜合金性能的影响

2.2.4熔渗参数的优化

2.2.4退火对钨铜合金热导的影响

2.3组织分析与性能检测

2.3.1密度

2.3.2热扩散系数

2.3.3气密性测试

2.3.4热膨胀系数

2.3.5费氏粒度分布

2.3.6扫描电镜二次电子象和背散射电子象

第三章实验结果及讨论

3.1成形剂对钨铜合金性能和组织的影响

3.1.1钨粉的压制性能

3.1.2黄培云方程对模压数据的验算

3.1.3成形剂对钨坯的增强作用

3.1.4诱导铜对熔渗动力的影响

3.1.5钨铜合金的组织形貌

3.1.6钨铜合金的性能测试结果

3.1.7小结

3.2钨粉粒径对钨铜合金性能的影响

3.2.1钨粉粒径对成形性能的影响

3.2.2粒径对钨铜合金导热性能的影响

3.2.3钨粉干磨研究

3.2.4小结

3.3熔渗参数的优化

3.3.1熔渗温度的选择

3.3.2熔渗时间的确定

3.3.3熔渗机理分析

3.3.4小结

3.4退火对钨铜合金热导的影响

3.4.1退火温度的确定

3.4.2加工及热处理对紫铜导热性能的影响

3.4.3小结

第四章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果