钨铜电子封装材料等离子喷涂工艺

随着科学技术的高速发展，在微电子行业领域相关的电子产品的集成度也越来越高，相应的能耗也在增大。这就对电子封装热沉材料的性能提出了更高的要求，其不仅要具有一定的密度和强度，同时还需具备较高的电导率、热导率以及较低的热膨胀系数。钨铜合金由拥有高硬度、高密度、高强度、高熔点以及低热膨胀系数的钨和导电导热性良好的铜所组成，是一种极为理想的电子封装材料。并且其还可以通过对W和Cu组分的调整，实现对钨铜电子封装材料性能的调整。由于W和Cu二者理化性能差别很大，熔点相差2000℃之多，二者互不固溶也不形成化合物是一种典型的假合金。因此普通的压制烧结难以实现，只能通过熔渗法。但是熔渗法容易形成一定的孔隙缺陷并给后续加工带来一定的困难。

等离子喷涂是一种对材料表面进行强化以及表面改性的新型多用途精密喷涂技术。其采用直流电驱动等离子电弧为热源，具有以下几个特点：其一，超高温特性，适合于高熔点材料的喷涂；其二，喷射粒子速率高，涂层致密且粘结强度高；其三，喷涂时有惰性气体作为保护气体，使得喷涂材料不易被氧化。等离子喷涂技术可以使基体表面具有耐高温氧化、隔热、减磨、耐磨耐蚀、绝缘、防辐射以及密封等性能，能够将金属、合金以及陶瓷等材料加热至熔融或半熔融状态，高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层。此外等离子喷涂在医疗领域也有一定的应用，其在人造骨骼表面喷涂一层几微米的涂层能够达到强化人造骨骼以及加强亲和力的效果。

相关研究人员分别采用内部送粉和外部送粉两种喷枪进行实验研究。可以发现，在内部送粉的条件下，钨铜复合材料中的钨含量比外部送粉条件下高。这是由于在内部送粉时，粉末在被喷射出喷枪前全部位于等离子火焰中，部分W粒子被熔化，熔化和未熔化的W粒子以及熔化的铜液一起被喷向基体，这样一来容易得到与原材料粉末成分相近似的钨铜复合材料；而外部送粉时，粉末粒子的运动轨迹与等离子火焰不完全一致，其仅仅能使得一小部分粒度较小的W粒子熔化，而大量没有熔化的W粒子难以被沉积下来，使得W的收得率下降。另外，在内部送粉条件下，只检测到少量的氧化亚铜，可见功率对铜的氧化影响并不明显。这是由于内部送粉时只有级少量的氧气被带入粉末粒子流，从而在很大程度上避免了铜的氧化；而与之相反，在相同功率下，外部送粉将大量氧气带入粉末粒子流中，加剧了铜的氧化。随着功率的提升，等离子火焰温度也同时升高，铜的氧化明显增多。总的来说，等粒子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧相比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点，是较为理想钨铜电子封装材料的制备工艺之一。近年来也不断有新的等离子喷涂技术出现，如真空等离子喷涂、水温等离子喷涂、气稳等离子喷涂等。

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