铜基嵌入式组合热沉及其性能的研究

发布时间：2017-11-20 05:00

  本文关键词：铜基嵌入式组合热沉及其性能的研究

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【摘要】：散热是现代高功率密度微电子集成器件稳定可靠工作的关键,理想的热沉材料除要有高的热导率外,还必须有与半导体如硅,砷化镓相匹配的热膨胀系数。传统的散热热沉采用将高热导率的金刚石与铜粉混合烧结,在降低热膨胀系数的同时期望保留较高的热导率。然而Cu-Diamond复合烧结热沉材料中因金刚石颗粒体积含量高而导致的强度低,脆性大,难以制成微型化热沉等问题,本文采用复合电镀+模压法将单颗粒Cu-Diamond复合层嵌入到Cu-Cr合金基体中,形成嵌入式组合热沉;通过表面的Cu-Diamond复合层来降低其热膨胀系数,并借助高温扩散使基体中的Cr扩散至Cu/Diamond界面来降低Cu/Diamond界面热阻和提高界面粘附性能,得到以下研究成果。采用直接上砂镀和模压处理工艺制备了单颗粒Cu-Diamond复合层,研究了上砂镀前的静置时间、模压压力大小对金刚石上砂密度和压入深度的影响。结果表明:获得金刚石分布均匀且密度适中的上砂镀层需采用适宜的静置时间,且金刚石粒度越大所需静置时间越短;压力需达到8.4×10~4 N,才能保证金刚石颗粒完全压入基体。采用退火处理和电退镀工艺去除模压后产生的表面裂纹。结果表明,电退镀足够时间可以将镀铜层完全去除,起到去除裂纹的作用,且当电流密度为3 A/dm~2时可以获得无微孔且平整性较好的表面。通过化学气相沉积法和微纳米铜粉填充并烧结法对V型沟槽平整化工艺进行了研究。结果表明:CVD时间为10 h,籽晶金刚石晶型完整,表面布满的二次形核金刚石颗粒,可以有效填充V型沟槽;用微纳米铜粉填充V型沟槽并烧结,能得到较平整的Cu-Diamond层;整个过程中,Cr元素主要发生纵向扩散,向金刚石颗粒表面聚集,使得Cu/Diamond界面密实;同时,在1000°C下Cu/Diamond界面处检测到0.6～1.2厚的过渡层,其中Cr、C元素比为1.23∶1,接近于Cr_3C_2的1.5∶1,基本可以确定此过渡层为Cr_3C_2。热导率测量结果表明,不同工艺制备的嵌入式组合热沉其热导率均高于基体材料,且受嵌入的金刚石颗粒尺寸影响显著。此外,1000°C高温烧结后的w40嵌入式组合热沉表面平整性好(Sa～0.54μm),且热膨胀系数明显降低(理论计算值约为9×10~(-6)/K),可以与半导体材料相匹配。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：1206126