激光熔覆法制备钨铜复合材料

随着电子器件的功率不断提高，以及器件的超微型化，相应功耗密度也越来越大，散热问题越来越突出，对热沉材料的性能和可靠性提出了更高的要求。

钨铜具有优异的微波屏蔽功能以及高的强度。正是这些特点使钨铜复合材料近年来在大规模集成电路和大功率微波器件中的应用得到了迅速发展。目前，由于钨铜材料既具有极高的耐热性和良好的导电导热性，同时又具有与硅片、 砷化镓及陶瓷材料相匹配的热膨胀系数，已成为一种重要的电子封装和热沉材料

钨铜材料的制备方法主要有高温液相烧结法和熔渗法。液相烧结法生产工序简单易控，但要求的烧结温度很高，烧结时间很长，费用较高，而且由于钨和铜两者互不相溶，材料烧结时致密化困难、孔隙度较大，目前只能达到理论密度的90-95％，影响材料的导热性能、气密封性和力学性能。

要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，业内有企业采用激光熔覆法制备钨铜复合材料，其技术过程包括：

(1)采用铜粉和钨粉作为原料，比例为含铜15wt％，含钨85wt％；加入适量异丙醇和氧化铝磨球，湿法球磨混合20小时，混合后的粉末烘干后，过100目筛；

(2)采用无氧铜板材作为基体材料，厚度1mm，机械加工成所需的形状大小，熔覆前清洗表面油污后经过喷砂处理，最后酒精超声清洗；

(3)将上述混合后的粉末通过激光熔覆设备制备钨铜表面层，激光设备采用光纤激光器，输出波长为1064nm，采用连续输出模式，送粉方式为同步送粉。其工艺参数为：激光功率为500W，送粉量2.0g/min，扫描速度为300mm/min。形成的钨铜表面层厚度50-1000μm；

(4)将喷涂完成的激光熔覆钨铜复合材料进行研磨抛光。对获得的激光熔覆钨铜复合材料进行测试，测试结果显示：材料导热率为 330W/(m·K)，膨胀系数为7.3×10-6K^-1。

激光熔覆钨铜材料与硅片、砷化镓及 陶瓷材料相匹配，而无氧铜基体提供很高的导热率，其整体热导率达到300-350 W/(m·K)，是目前块体钨铜材料的一倍，致密度达到99.5％以上，达到军工封装材料的要求。该钨铜复合材料在LDMOS、高功率半导体激光器、高功率LED以及IGBT器件等领域具有广阔的应用前景。

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