铜钼铜层状复合材料应用技术研究

摘 要：随着微电子技术的飞速发展，芯片的功率不断增大，导致发热量大幅增加。铜钼铜层状 复合材料具有较低的热膨胀系数和高热导率，是作为高功率芯片热沉的理想材料。针对铜钼铜层状复 合材料的特点，以高功率功放模块的载板为例，进行机械加工和表面镀金的工艺验证，尺寸精度和表 面镀层满足要求，同时，可靠性验证表明，铜钼铜层状复合材料能够有效应用于大功率芯片的热沉。
( The 29th Research Institute of CETC, Chengdu 610036, China )
Abstract: With the rapid development of microelectronics technology, the power of the chip increases continuously, which leads to a large increase in chip calorific value. With the low thermal expansion coefficient and the high thermal conductivity, Cu/Mo/Cu composite material is an ideal material for heat sink of high power chip. According to the characteristics of Cu/Mo/Cu composite material, taking the carrier plate of high power PA module as an example, it took the heat sink plate as an example, the process verification of mechanical processing and surface gold plating was carried out. At the same time, the reliability verification shows that Cu/Mo/Cu composite material can be effectively applied to heat sink of high power chip.
１７．０
８．９０
５．９
８．３０
７．４
１６．４５
６．８
１０．００
８．３
９．３２
铜钼铜层状复合材料中间是钼，上下表面覆 铜，通过控制铜与钼的厚度比来调节膨胀系数及热 导率，见表2，既具有钼的低膨胀性能，又具有铜的 高导热性能，是作为高功率芯片载板的推荐材料， 结构如图1所示。
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·微系统·
电子工艺技术 Electronics Process Technology
2019年9月 第40卷第5期
ｄｏｉ： １０．１４１７６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－３４７４．２０１９．０５．００４
铜钼铜层状复合材料应用技术研究
王宇，漆中华，伍艺龙
（中国电子科技集团公司 第二十九研究所，四川 成都 ６１００３６）
层状复合材料应运而生，一般分为三层，中 间层为低膨胀系数材料，两边为高导电导热的材料 层，这类材料的平面方向有很好的热导率和较低的 膨胀系数，基本不存在致密度问题[4-5]。
以芯片热沉载板为实例，本文研究铜钼铜层状
复合材料的应用技术，掌握铜钼铜复合材料的机械 加工技术特点，以及表面镀金技术、芯片共晶焊接 技术和热沉低空洞钎焊技术等微组装技术。
电子工艺技术
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Electronics Process Technology
2019年9月
表１ 常用金属封装热沉材料的主要性能参数
材料
铜 柯伐合金 Ｃｕ／Ｗ８５ Ｃｕ／Ｍｏ８５ Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ
导热系数 λ ／（Ｗｍ０
热膨胀系数
密度
α ／（×１０－６Ｋ－１） ρ ／（ｇ·ｃｍ－３）
表２ 铜钼铜层状复合材料的主要性能参数
Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ
导热系数 λ ／（Ｗｍ－１Ｋ－１）
热膨胀系数
密度ρ ／
α ／（×１０－６Ｋ－１） （ｇ·ｃｍ－３）
平面方向 厚度方向
１：４：１
２２０
１８０
６．０
９．７５
１：３：１
２４４
１９０
６．８
９．６６
１：２：１
２６０
２００
７．８
９．５４
１：１：１
３０５
２２０
８．３
９．３２
图１ 铜钼铜层状复合材料结构
２ 铜钼铜载板工艺验证 ２．１ 工艺验证总体思路
铜钼铜作为热沉材料，最主要的用途是芯片 的散热载板，以载板的可靠性应用为最终的研究目 标。整个工艺验证思路应围绕材料本身的可靠性、 载板的机械切削加工性能、表面镀金的性能和共晶焊 接的可靠性为主要内容进行应用研究，如图2所示。
关键词：铜钼铜层状复合材料；热沉；共晶焊接 中图分类号：ＴＭ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－３４７４（２０１９）０５－０２６１－０３
Study on Technology of Cu/Mo/Cu Composite Material
WANG Yu, QI Zhonghua, WU Yilong
１ 铜钼铜层状复合材料 电子封装热沉材料是一种具有较低热膨胀系数
和一定导电导热能力的微电子工业材料，主要作用 是降低芯片和基板的工作温度，减少热应力失效， 增强基板或芯片的连接强度。常用的热沉材料主要 有铜、可伐合金和钼铜合金，见表1。
基金项目：国防科工局技术基础科研资助项目（ＪＳＺＬ２０１５２１０Ｂ００７）。 作者简介：王宇（１９８７－ ），男，硕士，毕业于四川大学，工程师，主要从事电子材料及工艺技术研究。
Key Words: Cu/Mo/Cu composite material; heat sink; eutectic soldering Document Code: A Article ID: 1001-3474 (2019) 05-0261-03
三代半导体氮化镓芯片相对于二代砷化镓和硅 芯片有更高的功率，产生的热量更多（发热量大于 200 W/cm2），这对电子封装热沉材料提出了新的要 求，不仅要有更匹配的热膨胀系数，还要有更高的 导热能力[1-3]。