本文關(guān)鍵詞：銅基嵌入式組合熱沉及其性能的研究

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【摘要】：散熱是現(xiàn)代高功率密度微電子集成器件穩(wěn)定可靠工作的關(guān)鍵,理想的熱沉材料除要有高的熱導(dǎo)率外,還必須有與半導(dǎo)體如硅,砷化鎵相匹配的熱膨脹系數(shù)。傳統(tǒng)的散熱熱沉采用將高熱導(dǎo)率的金剛石與銅粉混合燒結(jié),在降低熱膨脹系數(shù)的同時(shí)期望保留較高的熱導(dǎo)率。然而Cu-Diamond復(fù)合燒結(jié)熱沉材料中因金剛石顆粒體積含量高而導(dǎo)致的強(qiáng)度低,脆性大,難以制成微型化熱沉等問(wèn)題,本文采用復(fù)合電鍍+模壓法將單顆粒Cu-Diamond復(fù)合層嵌入到Cu-Cr合金基體中,形成嵌入式組合熱沉;通過(guò)表面的Cu-Diamond復(fù)合層來(lái)降低其熱膨脹系數(shù),并借助高溫?cái)U(kuò)散使基體中的Cr擴(kuò)散至Cu/Diamond界面來(lái)降低Cu/Diamond界面熱阻和提高界面粘附性能,得到以下研究成果。采用直接上砂鍍和模壓處理工藝制備了單顆粒Cu-Diamond復(fù)合層,研究了上砂鍍前的靜置時(shí)間、模壓壓力大小對(duì)金剛石上砂密度和壓入深度的影響。結(jié)果表明:獲得金剛石分布均勻且密度適中的上砂鍍層需采用適宜的靜置時(shí)間,且金剛石粒度越大所需靜置時(shí)間越短;壓力需達(dá)到8.4×10~4 N,才能保證金剛石顆粒完全壓入基體。采用退火處理和電退鍍工藝去除模壓后產(chǎn)生的表面裂紋。結(jié)果表明,電退鍍足夠時(shí)間可以將鍍銅層完全去除,起到去除裂紋的作用,且當(dāng)電流密度為3 A/dm~2時(shí)可以獲得無(wú)微孔且平整性較好的表面。通過(guò)化學(xué)氣相沉積法和微納米銅粉填充并燒結(jié)法對(duì)V型溝槽平整化工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:CVD時(shí)間為10 h,籽晶金剛石晶型完整,表面布滿(mǎn)的二次形核金剛石顆粒,可以有效填充V型溝槽;用微納米銅粉填充V型溝槽并燒結(jié),能得到較平整的Cu-Diamond層;整個(gè)過(guò)程中,Cr元素主要發(fā)生縱向擴(kuò)散,向金剛石顆粒表面聚集,使得Cu/Diamond界面密實(shí);同時(shí),在1000°C下Cu/Diamond界面處檢測(cè)到0.6～1.2厚的過(guò)渡層,其中Cr、C元素比為1.23∶1,接近于Cr_3C_2的1.5∶1,基本可以確定此過(guò)渡層為Cr_3C_2。熱導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果表明,不同工藝制備的嵌入式組合熱沉其熱導(dǎo)率均高于基體材料,且受嵌入的金剛石顆粒尺寸影響顯著。此外,1000°C高溫?zé)Y(jié)后的w40嵌入式組合熱沉表面平整性好(Sa～0.54μm),且熱膨脹系數(shù)明顯降低(理論計(jì)算值約為9×10~(-6)/K),可以與半導(dǎo)體材料相匹配。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1206126