鉬銅合金的熱膨脹係數(shù)研究

        鉬銅合金的熱膨脹係數(shù)可通過調(diào)控鉬銅比例來優(yōu)化匹配不同的封裝需求。製造工藝對CTE均勻性和穩(wěn)定性具有顯著影響,而精確控制CTE有助於提高電子封裝的可靠性。隨著先進封裝技術(shù)的發(fā)展,鉬銅將在高熱負荷電子器件中扮演更重要的角色。

        熱膨脹係數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)表示材料在溫度變化時的尺寸變化率,通常以×10??/K為單位。鉬銅的CTE介於純鉬(約5.1 × 10??/K)和純銅(約16.5 × 10??/K)之間,可通過調(diào)整鉬和銅的比例實現(xiàn)不同的熱匹配需求。

        鉬銅的CTE主要取決於鉬和銅的含量,不同成分配比的典型CTE值如下:
        Mo70Cu30:約6.5-7.5 × 10??/K
        Mo60Cu40:約7.5-8.5 × 10??/K
        Mo50Cu50:約9.0-10.0 × 10??/K
        Mo40Cu60:約10.5-12.0 × 10??/K
        銅含量越高,CTE越大,而鉬含量增加則會降低CTE。

        影響因素

        (1)成分比例
        由於鉬和銅的CTE差異較大(5.1 × 10??/K vs. 16.5 × 10??/K),通過調(diào)整鉬銅比例,可以精確控制合金的熱膨脹係數(shù),以適配不同的封裝需求。

        (2)製造工藝
        粉末冶金工藝:由於可能存在微觀孔隙,CTE的均勻性可能受到影響。
        液相燒結(jié)工藝:提高材料的緻密度,使熱膨脹係數(shù)更穩(wěn)定。
        HIP(熱等靜壓)處理:減少孔隙,提高材料均勻性,從而優(yōu)化CTE表現(xiàn)。

        鉬銅散熱片圖片

        (3)工作溫度範(fàn)圍
        CTE並非固定值,而是隨溫度變化而變化。一般來說,在室溫至300°C範(fàn)圍內(nèi),鉬銅的CTE較為穩(wěn)定,但在更高溫度下,銅相可能導(dǎo)致CTE上升。

        (4)材料微觀結(jié)構(gòu)
        細小、均勻的銅相分佈有助於減少局部膨脹不均。
        孔隙率高的材料在加熱過程中容易發(fā)生不均勻膨脹,從而影響封裝穩(wěn)定性。

        鉬銅合金熱膨脹匹配的重要性
        在電子封裝中,晶片和封裝材料的CTE匹配至關(guān)重要,以減少熱迴圈應(yīng)力,提高器件可靠性。例如:

        矽(Si)晶片的CTE 約為3.0 × 10??/K,推薦使用Mo70Cu30。
        氮化鎵(GaN)晶片的CTE 約為5.6 × 10??/K,可選擇Mo70Cu30或Mo60Cu40。
        砷化鎵(GaAs)晶片的CTE 約為6.0 × 10??/K,適配Mo60Cu40。

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