陶瓷散热片用铜浆的制备

论文摘要

随着微电子技术的迅猛发展,电子整机在小型化、便携式、多功能、数字化及高可靠性、高性能方面的需求,进一步推动了电子元件日益向微型化、集成化和高频化的方向发展。DBC法不能满足表面安装技术所需小、薄、轻的要求。采用丝网印刷铜浆代替覆铜,可以制备出尺寸小、厚度薄、密度高的陶瓷散热片,提高表面安装技术布线的密度。铜浆是由铜金属粉末、玻璃粉末和有机载体经过三辊轧机轧制成混合均匀的膏状物。根据玻璃粉的附着机理和铜浆的导电机理,本文研究了厚膜导体铜浆的制备工艺与性能的关系,并探讨了铜浆用铜粉、玻璃粉与有机载体的制备工艺,得到以下结论：（1）采用两步复合还原法制备的超细铜粉为球形,无团聚,单分散,粒径均匀,粒度分布为3～5.59μm,适合作为铜浆导电相。较佳工艺条件为：硫酸铜1mol/L;氢氧化钠2.5mol/L;预还原剂葡萄糖2～2.5mol/L;预还原温度60℃；预还原时间30 min,自制分散剂少量；二次还原剂甲醛和水合肼（质量比为1：1.6）；二次还原温度60℃；二次还原时间20 min;抗氧化剂1.0～1.5g/L。超细铜粉的制备工艺研究表明：反应温度、还原剂、还原剂浓度、分散剂、保护剂是影响超细铜粉性能的重要因素。（2）制备了满足丝网印刷要求的有机载体,其配方和工艺条件为：乙基纤维素8wt.%,柠檬酸三丁酯12wt.%,丁基咔吡醇21wt.%,松油醇57wt.%,其他助剂2wt.%,流平时间为10min,干燥时间为5min,烧结温度为830～870℃,烧结时间为20min。有机载体的制备工艺研究表明：有机溶剂的挥发特性决定了有机载体的性能,流平时间、干燥时间、烧结时间是影响印刷性能的重要因素。（3）采用熔融法制备玻璃粉,通过对玻璃的粘度、软化点以及玻璃粉的显微组织的研究,得到了适用于铜浆的玻璃粘结剂,其组分为：（wt%）40SiO2-31Bi 2O3-5B2O3-3Al2O3-5TiO2-3CaO-4SrO-5Na2O-5K2O。（4）铜浆的最佳配方为：超细铜粉70wt.%,氧化铋3wt.%,B6玻璃粉5wt.%,有机载体22wt.%。铜导电膜的性能：附着力为20N/mm2,方阻为3.2Ω/□。（5）玻璃釉膜与铜厚膜全浸实验表明：由B6玻璃相制备的玻璃釉膜在化学镀镍液中可耐腐蚀16h；由B6玻璃相制备的铜厚膜在化学镀镍后,铜厚膜与基片间出现了空隙,厚膜对基片的附着力明显降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 散热片概述
• 1.2 陶瓷散热片的金属化技术
• 1.2.1 金属化粉末法
• 1.2.2 金属绝缘基板法（IMS）
• 1.2.3 直接敷铜法（DBC）
• 1.2.4 厚膜（Thick film）技术
• 1.3 厚膜导电浆料的概述
• 1.3.1 厚膜导电浆料的国内外研究进展
• 1.3.2 厚膜导电浆料的组成
• 1.3.3 厚膜导电浆料的分类
• 1.3.4 厚膜导电浆料的特性
• 1.4 陶瓷散热片的制备工艺
• 1.5 选题意义和研究内容
• 1.5.1 本论文的研究意义
• 1.5.2 本论文的研究内容
• 第二章 理论基础
• 2.1 超细铜粉
• 2.1.1 超细铜粉的性能
• 2.1.2 超细铜粉的制备机理
• 2.2 玻璃粉
• 2.2.1 玻璃粉的制备机理
• 2.2.2 玻璃的基本理论
• 2.2.3 玻璃相的附着机理
• 2.3 有机载体
• 2.4 导电铜浆的导电机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 铜浆原料的制备
• 3.1 超细铜粉的制备
• 3.1.1 实验材料及仪器设备
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 超细粉体的表征
• 3.1.4 结果与讨论
• 3.2 有机载体的制备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 表征
• 3.2.4 结果与讨论
• 3.3 玻璃相的制备
• 3.3.1 实验材料及仪器设备
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.3 表征
• 3.3.4 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 铜浆的制备及性能研究
• 4.1 实验材料及仪器设备
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验仪器设备
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 铜浆的制备
• 4.2.2 铜导电膜的制备
• 4.2.3 玻璃釉膜的制备
• 4.3 表征
• 4.3.1 玻璃釉和铜浆的细度测试
• 4.3.2 铜厚膜方阻的测定
• 4.3.3 铜厚膜附着力的测定
• 4.3.4 玻璃釉膜的耐蚀性测试
• 4.3.5 铜厚膜微观表面形貌的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 铜厚膜的表观形貌
• 4.4.2 铜厚膜的方阻
• 4.4.3 铜厚膜的附着力
• 4.4.4 玻璃釉膜的耐蚀性测试
• 4.4.5 铜厚膜的耐蚀性测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 （研究生期间发表的论文）