钨铜电子封装材料电导率影响因素
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- 发布于 2016年3月21日 星期一 16:37
- 作者:xiaobin
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除了洛氏硬度(HRB)的检测外,电导率的检测也是钨铜复合材料作为电子封装材料中必不可少的检测项目之一。它是反应电子封装材料导电能力的一个重要指标,也直接影响了电子封装材料的最终使用性能。其导电能力越强,电阻就越小,反之则电阻越大。对于硬度的检测来说,若钨铜复合材料发生过烧,其内部的铜Cu相会渗出并导致孔洞的出现,使得整体的硬度下降;但是铜Cu相的析出却能发生偏析现象,因而会使得硬度不会大幅度下降。以此为基础,相关研究人员总结出最有可能影响钨铜电子封装材料电导率的两方面因素,其一是含铜量,另一个就是孔隙率。
从理论上分析,钨铜W-Cu复合材料是由W相和Cu相组成,其中W相硬度以及熔点较高,电导率较低;Cu相则相反,其硬度及熔点较低,但拥有极其优良的电导率。因此可以推断钨铜电子封装材料的电导率取决于铜含量的多少,铜含量越高,相应的钨铜复合材料电导率也就越高。从化学中的能带理论分析,不同的金属由于其原子有着不同的价轨道和不同的原子间距,能带(空带)部分重叠,构成了一个未满的导带,所以具有金属性并且易导电。这样看来,只要存在着未充满的导带,无论其本身是未充满的能带,还是由于空带和满带相互重叠所形成的未充满能带,在外电场的作用下便会形成电子的定向流动,从而使得材料具有导电性。
在外界电场的干预下,价带内最外围的电子在不违反不相容原理的前提下获得额外的少许能量而到达能带内附近许多空的地方。与无序的热激发明显不同的是受电场激发的电子在与场相反的方向上获得动量,会在晶体内产生一种集体运动,从而形成电流。在钨铜复合材料中,由于其中的W原子和Cu原子均有这不同的价轨道和不同的原子间距,能带(空带)部分重叠,构成了一个未满的导带,所以它具有良好的导电性。对于呈二价的金属铜来说,其价带是满带,价带与较高的空带相交叠,满带中的电子能占据空带,所以导电性较好;而呈六价金属钨,其价带呈未满状态,导电能力明显不如铜相。这也很好地证明了钨铜电子封装材料的导电能力或者说电导率的大小取决于含铜量的高低。
另一个影响因素是孔隙率,孔隙缺陷的存在会对电子的运动起着一定的阻碍作用。因此,孔隙率越高,钨铜电子封装材料的电导率就越低。因为钨铜复合材料是由两种差别较大的金属组成的假合金,在W和Cu颗粒之间存在着大量的界面和孔隙。有实验表明,钨铜复合材料的电导率与其致密度呈正相关,致密度越低,电导率也越低。此外,烧结温度的控制同样重要,发生过烧时,钨铜材料的电导率会急剧下降。其主要包括两个原因,其一是内部的W相发生了较为严重的偏析和孔洞,而且作为导电的主要介质Cu相也发生了一定程度的偏析,使得其渗透至表面,内部的Cu含量水平降低,电导率随之降低。
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