隨著電子器件向小型化、高集成、高功率密度方向發展,鉬銅合金的熱管理能力面臨更高的技術要求。如何進一步優化其熱導率、熱擴散能力和熱應力控制性能,成為當前材料研究與工程實踐的重要課題。
一、材料成分與組織結構的優化
成分設計
鉬銅的熱導率和熱膨脹性能高度依賴于其鉬和銅的比例。一般而言,鉬含量越高,熱膨脹系數越低,但熱導率下降;銅含量越高,導熱能力增強,但膨脹系數也隨之升高。因此,根據不同應用對熱導率與熱膨脹的權衡要求,合理設計鉬-銅比例(如70Mo-30Cu或60Mo-40Cu)是優化熱管理性能的第一步。
顯微結構調控
優化合金的微觀組織結構,如降低孔隙率、提高界面結合度、使銅相連續分布等,有助于提升整體熱導能力。研究表明,致密度越高,導熱路徑越順暢,熱阻越小。同時,鉬與銅界面結合強度越好,熱界面電阻越低,有利于實現更高效的熱傳導。
二、制造工藝的提升
液相滲銅法的改進
鉬銅常通過粉末冶金和液相銅滲透工藝制備。通過優化鉬骨架的燒結參數(如溫度、保溫時間、粉末粒度),可提高鉬基體的致密性,從而減少滲銅過程中的孔隙形成。此外,控制銅的滲流速度和浸漬均勻性,可避免局部銅貧區或鉬包銅現象,確保銅相均勻分布,提升熱導性能。
納米復合增強技術
近年來,利用納米顆粒(如納米碳管、石墨烯)增強鉬銅,改善界面熱傳導性能成為新方向。納米填料不僅可以增強銅與鉬之間的熱耦合,還能在保持高導熱率的同時抑制熱膨脹,提升整體熱穩定性。
三、表面處理與涂層技術
鉬銅表面處理對其熱界面管理也起到關鍵作用。通過電鍍或化學鍍方式在表面沉積一層高導熱、低界面熱阻的金屬(如Ni、Ag、Au),可增強與散熱器、基板等的接觸傳熱效率,減少熱界面阻抗。此外,激光熔覆、等離子體噴涂等技術也可用于在表面構建微觀導熱通道,進一步提高熱流效率。
四、熱界面材料(TIM)的匹配使用
鉬銅合金在實際使用過程中通常需要與陶瓷基板、封裝腔體或散熱器配合使用。選用熱導率高、熱膨脹系數匹配的熱界面材料(如導熱凝膠、相變材料或碳納米復合材料)可減少界面熱阻和熱應力,提高整體系統的熱管理效率。
五、仿真與實驗結合的設計優化
利用有限元熱模擬工具對鉬銅合金器件的熱傳導過程進行仿真,可以提前評估材料在不同熱負載下的行為,如溫度梯度分布、熱流密度分布和應力集中區域。通過仿真結果優化材料形狀、厚度、結構布置和熱通道設計,并結合實驗驗證,可進一步提升熱管理的針對性和實效性。