【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属封装用复杂零件的制备，具体涉及一种高气密性封装用钨铜合金复杂形状零件的制备方法。
技术介绍
1、金属封装是采用金属作为壳体或底座，芯片直接或通过基板安装在外壳或底座上，引线穿过金属壳体或底座，大多采用玻璃-金属封接技术的一种电子封装形式。金属封装具有精度高、散热和电磁场屏蔽性能优良、密封性好、可靠性高、易于加工、适合批量生产等优点，被广泛应用于光电、微波、射频、声表面波和大功率器件。壳体(又称外壳或管壳)和底座作为金属封装的关键组件之一，主要起着电路支撑、光电信号传输、散热、电磁屏蔽、密封及化学防护等作用，直接影响到器件的可靠性。
2、随着金属封装向高密度集成方向发展，有源芯片的功率效率仅能达到15-40％，大量的输入功率将以冗余热形式耗散，而电子元件温度每升高2℃，其可靠性下降约10％。因此，在散热结构的体积和重量受到约束的条件下，高效散热成为封装领域的焦点问题之一。壳体或底座为内部芯片和电路提供了机械和环境保护，一方面要求这些部件的热膨胀系数相匹配，以保证整个工作温度范围内壳体密封性能的可靠性；另一方面，要求它们及时将芯片工作时产生的热量散发。钨铜合金(w-cu)和可伐合金(kovar)是目前金属封装中最常见壳体和底座封装的材料。钨铜合金是金属基复合材料，钨和铜两相既不互溶，也不形成化合物。钨骨架可以控制材料的热膨胀系数，使其与单晶硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓等半导体芯片材料的膨胀系数接近，而连续的铜相可以使材料保持较高的热导率，从而提高器件的可靠性。因此，对于发热量较大或者要求工作温度稳定的有源
3、在常见的金属封装用钨铜热沉材料中，铜含量一般在10-30wt.％范围内，可以根据需要调整钨铜的配比来改变材料的热膨胀系数，使之与芯片相匹配。目前，钨铜热沉材料的生产方法主要是通过烧结钨骨架，再熔渗铜的方法实现，这种工艺主要存在以下两个问题：(1)对钨粉原料的选择、钨骨架的压制成形及烧结、熔渗铜的工艺要求较高，钨骨架中存在封闭孔或者渗铜工艺不当，均会在材料中留下残余的微孔，从而影响材料的导热性能、后续的表面处理及焊接等，导致最终产品的一致性差；(2)熔渗工艺一般只能制备形状简单的半成品，后续需要通过机加工才能获得最终产品，而对于壳体和底座类形状复杂的产品，材料的利用率有时可能低至20％，同时，机加工费用高，生产效率低，因此传统通过烧结钨骨架再熔渗铜的方法并不适用于形状复杂的产品。公开号为cn101450381a的专利申请文件公开的技术方案通过在原料钨粉中添加电解铜粉作为诱导剂，同时采用铜液浸渗替代传统的熔渗，有效地提高了产品的一致性，但是仍然无法解决复杂形状热沉产品的材料利用率低、机加工费用高、效率低等问题。随着5g、大数据、区块链、云计算、物联网以及人工智能、国防军工等领域的快速发展，光通信和微波通信对金属封装用的钨铜壳体和底座等复杂形状产品的需求日益增长，传统的渗铜和机加工艺的流程长、成本高、效率低，已经完全不能满足市场对这类复杂形状钨铜零件成本和产能的需求，该领域亟待新的工艺来解决目前的困局。
4、采用以金属粉末注射成形(metal injection molding,mim)为代表的近终成形(又称近净成形)技术实现钨铜壳体和底座的高效生产越来越受到工业界的重视，也被认为是解决目前技术壁垒的重要方向。但由于钨铜是两相不互溶的假合金，获得微观组织均匀、致密度高的产品成为钨铜注射成形的技术难点，目前的研究进展如下：
5、公开号为cn110172598a的专利申请文件公开的技术方案通过对钨粉进行注射成形、脱脂和烧结，获得纯钨骨架，然后再进行传统渗铜，该工艺虽然可以制备复杂形状的零件，但是对异形件进行渗铜难度大，很难获得组织均匀、致密度高、一致性好的产品；另一方面，渗铜后零件表面富余的铜很难去除，无法实现近终成形。公开号为cn114535589a和cn104928851a的专利申请文件公开的技术方案通过在注射成形的原料粉末中添加co，fe，ni，pd等一种或多种活化元素粉末，提高w在cu中的固溶度，促进液相烧结，提高钨铜合金的烧结致密度，然而添加这类过渡金属元素实现活化烧结，正如公开号为cn115464144a的专利申请文件提及所言，即使添加量很低，都会显著影响材料的热导率。为了提高注射成形钨铜零件的烧结致密度以及热导率，公开号为cn1247372c和cn115464144a的专利申请文件公开的技术方案利用钨和铜的前驱体按照一定的比例混合后，再还原获得钨铜复合粉末，再通过注射成形获得复杂形状的热沉零件，材料的致密度最高也只能达到96％。公开号为cn114086015a的专利申请文件公开的技术方案采用平均粒径2-3μm的球形钨粉和平均粒径6-8μm的铜粉机械混合，再与石蜡基粘结剂密炼造粒，经过注射成形、脱脂和烧结后，采用热等静压处理进一步提高材料的致密度，热等静压的温度为800-1000℃，压力为100-150mpa，热等静压处理后材料的致密度可以达到98％以上。但技术主要存在以下问题和缺点：
6、(1)球形钨粉一般通过等离子体球化或者爆丝法制备，成本很高。
7、(2)微米级的钨粉和铜粉通过机械方法混合，可能会由于密度差异较大，混合不均匀；同时在注射充填模具的过程中，高的剪切速率易产生偏析，导致最后产品的微观组织不均匀。
8、(3)由于采用的微米级的钨粉，在液相烧结过程中，钨颗粒之间的相对间隙较大，如果烧结温度偏低，则烧结件的致密度不够，材料内部存在连通孔，会导致后续的热等静压效果较差，最后产品的内部存在较多的残余微孔；如果烧结温度偏高，钨颗粒之间没有足够的毛细力，导致铜液被挤出到零件外部，从而影响钨铜合金中的铜含量、组织均匀性、甚至在铜液流走的地方留下孔洞，这些缺陷在后续的热等静压中难以消除。以上两种情况都会导致钨铜材料的气密性降低，难以满足高气密性封装器件的要求。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种高气密性低泄漏率封装用钨铜合金复杂形状零件的制备方法，以更低的制备成本，进一步提升产品的致密度。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种高气密性封装用钨铜合金复杂形状零件的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)采用如下任意一种方法制备超细钨铜复合粉末：湿法混合钨的前驱体和铜的前驱体，再干燥、煅烧和还原获得；或通过混合钨的氧化物和铜的氧化物，再经煅烧、还原获得；或通过混合钨粉和铜粉，再通过机械合金化方法获得；
5、所得超细钨铜复合粉末的平均粒径不大于1μm，铜在钨铜复合粉末中的质量分数为5-40％，且钨铜粉末混合均匀；
6、(2)将由超细钨铜复合粉末和有机粘结剂进行混炼和造粒，制备出注射用的喂料，随后将喂料注射进模具，脱模后获得零件的注射坯，再进行脱脂、高温烧结和热等静压处理即可得到高气密性封装用钨铜合金复杂形状零件，其中，高温烧结温度为1100-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高气密性封装用钨铜合金复杂形状零件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超细钨铜复合粉末的平均粒径为0.4-0.9μm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机粘结剂为石蜡基粘结剂或聚甲醛基粘结剂，有机粘结剂占总物料的重量比例为3-10％。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述石蜡基粘结剂由如下重量百分比的组分组成：52％的石蜡、28％的聚乙烯、10％的聚丙烯、8％的聚乙二醇、2％硬脂酸。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述石蜡基粘结剂对应的的脱脂操作包括依次进行的溶剂脱脂和热脱脂。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚甲醛基粘结剂由如下重量百分比的组分组成：89％的聚甲醛、6％的高密度聚乙烯、3％的聚丙烯、2％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚甲醛基粘结剂对应的的脱脂操作包括依次进行的催化脱脂和热脱脂。
【技术特征摘要】
1.一种高气密性封装用钨铜合金复杂形状零件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超细钨铜复合粉末的平均粒径为0.4-0.9μm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机粘结剂为石蜡基粘结剂或聚甲醛基粘结剂，有机粘结剂占总物料的重量比例为3-10％。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述石蜡基粘结剂由如下重量百分比的组分组成：52％的石蜡、28％的聚乙烯、10...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋久鹏，
申请(专利权)人：成都广大精微新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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