鎢銅電子封裝材料等離子噴塗工藝

隨著科學技術的高速發展，在微電子行業領域相關的電子產品的集成度也越來越高，相應的能耗也在增大。這就對電子封裝熱沉材料的性能提出了更高的要求，其不僅要具有一定的密度和強度，同時還需具備較高的電導率、熱導率以及較低的熱膨脹係數。鎢銅合金由擁有高硬度、高密度、高強度、高熔點以及低熱膨脹係數的鎢和導電導熱性良好的銅所組成，是一種極為理想的電子封裝材料。並且其還可以通過對W和Cu組分的調整，實現對鎢銅電子封裝材料性能的調整。由於W和Cu二者理化性能差別很大，熔點相差2000℃之多，二者互不固溶也不形成化合物是一種典型的假合金。因此普通的壓制燒結難以實現，只能通過熔滲法。但是熔滲法容易形成一定的孔隙缺陷並給後續加工帶來一定的困難。

等離子噴塗是一種對材料表面進行強化以及表面改性的新型多用途精密噴塗技術。其採用直流電驅動等離子電弧為熱源，具有以下幾個特點：其一，超高溫特性，適合於高熔點材料的噴塗；其二，噴射粒子速率高，塗層緻密且粘結強度高；其三，噴塗時有惰性氣體作為保護氣體，使得噴塗材料不易被氧化。等離子噴塗技術可以使基體表面具有耐高溫氧化、隔熱、減磨、耐磨耐蝕、絕緣、防輻射以及密封等性能，能夠將金屬、合金以及陶瓷等材料加熱至熔融或半熔融狀態，高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層。此外等離子噴塗在醫療領域也有一定的應用，其在人造骨骼表面噴塗一層幾微米的塗層能夠達到強化人造骨骼以及加強親和力的效果。

相關研究人員分別採用內部送粉和外部送粉兩種噴槍進行實驗研究。可以發現，在內部送粉的條件下，鎢銅複合材料中的鎢含量比外部送粉條件下高。這是由於在內部送粉時，粉末在被噴射出噴槍前全部位於等離子火焰中，部分W粒子被熔化，熔化和未熔化的W粒子以及熔化的銅液一起被噴向基體，這樣一來容易得到與原材料粉末成分相近似的鎢銅複合材料；而外部送粉時，粉末粒子的運動軌跡與等離子火焰不完全一致，其僅僅能使得一小部分粒度較小的W粒子熔化，而大量沒有熔化的W粒子難以被沉積下來，使得W的收得率下降。另外，在內部送粉條件下，只檢測到少量的氧化亞銅，可見功率對銅的氧化影響並不明顯。這是由於內部送粉時只有級少量的氧氣被帶入粉末粒子流，從而在很大程度上避免了銅的氧化；而與之相反，在相同功率下，外部送粉將大量氧氣帶入粉末粒子流中，加劇了銅的氧化。隨著功率的提升，等離子火焰溫度也同時升高，銅的氧化明顯增多。總的來說，等粒子噴塗是利用等離子弧進行的，離子弧是壓縮電弧，與自由電弧相比較，其弧柱細，電流密度大，氣體電離度高，因此具有溫度高，能量集中，弧穩定性好等特點，是較為理想鎢銅電子封裝材料的製備工藝之一。近年來也不斷有新的等離子噴塗技術出現，如真空等離子噴塗、水溫等離子噴塗、氣穩等離子噴塗等。

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