钨铜电子封装材料气密性分析

钨铜合金在具有高密度、高强度以及良好耐电弧烧蚀性能的基础上，又具有优良的导电导热性能，在电触头、电极、热沉电子封装材料上有着广泛的运用。而用于电加工的钨铜合金电极、电触头等与用于电子封装材料的钨铜材料存在不同的性能要求。作为电子封装材料，钨铜不仅要具备高的热导率，为了保证相关设备工作的稳定性，还要求其具有极高的气密性，任何一点的孔隙和漏气就会导致微波元件的工作失效。早在80年代，钨铜就被选用呈电子封装材料，由于其热膨胀系数与一些陶瓷热膨胀系数相接近，二者钎焊后不仅能保证热匹配，又能形成良好的导热通道。

理论上说，W和Cu是两种理化性质差别较大的金属，其二者熔点差别2000℃之多，且无法固溶或形成化合物，只能采用粉末冶金的制造工艺。最佳的工艺方法是熔渗法，其是将钨粉压实成一定密度的坯块，经高温烧结收缩形成具有一定密度的钨骨架，然后在高于铜熔点的温度下使铜液渗入钨骨架中。由于钨粉的硬度较高、可塑性较差，利用一般熔渗法制造的钨铜合金都会存在一定的孔隙，相对密度只能达到60%左右。在高温下烧结致密化还会产生一定的闭孔隙，在渗铜过程中不能充分填充钨骨架，降低了产品的气密性。为了降低孔隙率就需要对相关工艺参数进行改进，以达到气密性的要求。

单单依靠提高温度使钨坯收缩进而提高其密度，难以做到精确控制，使得出现热匹配误差，这也是常规熔渗气密性最大的影响因素。有研究人员尝试在超细钨粉中添加进一定的活化剂，如镍Ni、钴Co、铁Fe等，再混入铜粉，经过压制成型和活化烧结后，钨铜坯料的相对密度可达98%以上，能够很好地解决钨铜电子封装材料气密性的问题。但是其所添加的活化剂中的Ni、Co、Fe等元素会与W相和Cu相相互溶解，且Fe具有磁性，Cu含量的变化会直接影响材料的电导和热导率，这样也不适合于电子封装行业的应用。因此，研究人员在此基础上进行了工艺优化，其将钨粉中混入少量的铜粉，这部分铜粉就能有效保留生坯的连通孔隙，在高温高压下进行熔渗时铜液就能够有效充分地填充钨骨架。

这部分铜粉也被称为诱导铜，其主要主要作用在于两个方面，其一是对钨坯的增强作用，其二是对熔渗过程气密性的保证。钨粉硬度较高，可塑性较差，一般在压力作用下，粉末之间容易产生“拱桥效应”。一旦压力过大，拱桥力会使得坯料在脱模是发生破裂和分层，因而钨粉的相对密度只能达到60%左右。而铜粉具有良好的可塑性，它能有效地破坏“拱桥效应”使钨粉间产生塑性变形，两种粉末能够互为填充，相互啮合，从而提高了钨铜生坯的致密度和强度。另一方面，由于初始钨骨架中有均匀分布的铜粉，在1350℃下进行熔渗时，这部分铜也转化为液态并与骨架外的铜液互为补充，在表面张力的作用小还有较小比表面的趋势。铜液在真空条件下的流动性增强，钨骨架中的孔隙中不存在空气，十分利于铜液的填充。

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