【摘 要】
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铜/钼/铜（Cu/Mo/Cu）层状复合板具有可调节的热膨胀系数和热导率、良好的力学性能,在电子封装材料领域有很好的应用前景。通过合理的轧制工艺制备铜钼复合板以及建立其组织与性能的关系一直是研究的难点。本文选择纯铜和纯钼作为原材料,采用不同的轧制工艺制备了铜/钼/铜复合板,研究了复合板的界面演变、协同变形规律以及由于协同变形引起的组元金属组织不均匀性。通过拉伸、热膨胀以及导热试验研究了复合板的力学性
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铜/钼/铜（Cu/Mo/Cu）层状复合板具有可调节的热膨胀系数和热导率、良好的力学性能,在电子封装材料领域有很好的应用前景。通过合理的轧制工艺制备铜钼复合板以及建立其组织与性能的关系一直是研究的难点。本文选择纯铜和纯钼作为原材料,采用不同的轧制工艺制备了铜/钼/铜复合板,研究了复合板的界面演变、协同变形规律以及由于协同变形引起的组元金属组织不均匀性。通过拉伸、热膨胀以及导热试验研究了复合板的力学性能和热性能。通过有限元模拟分析了复合板的热膨胀行为,结合复合板实测数据,建立了热膨胀系数预测模型。轧制压下量对铜/钼/铜复合板的界面形貌具有重要影响。较大的轧制压下量有助于复合板的良好结合,压下量为70%时,界面连续且未发现氧化物的存在。随着轧制压下量的增大和轧制温度的升高,铜层和钼层的变形逐渐趋于协调。随着轧制压下量的增大,铜层的晶粒尺寸逐渐减小,内部小角度晶界逐渐增多。铜层中间区域具有比近界面以及近表面区域更大的晶粒尺寸,当压下量达到70%时,晶粒沿与轧向成20o角的剪切带分布。钼层主要有{100}以及{111}两种纤维织构,且近界面区域和中间区域织构分布明显不同。两组元金属组织的不均匀性是由于铜层和轧辊之间的摩擦以及铜、钼之间的不协调变形引起的。随着轧制温度的上升,铜层晶粒逐渐变大,剪切带与RD方向的夹角逐渐增大。钼层的织构强度逐渐减弱,且近界面区域与中间区域织构分布明显不同。随着轧制压下量的增大,铜/钼/铜复合板的强度增大,塑性降低。随着轧制温度的升高,复合板的强度逐渐减小而塑性增大。复合板的热膨胀系数随钼层体积分数的增大而减小。复合板热导率与界面形貌和组元金属体积分数有关,界面结合紧密时,铜层体积分数越大,热导率越高。经过400 oC退火1 h后,铜/钼/铜复合板内部应力的消除以及铜层晶粒的回复与再结晶,使得各轧制工艺下的试样强度降低而塑性提升,且轧后退火有助于热导率的提升。轧制温度为950 oC,压下量为70%制备的试样经退火后可以获得沿厚度方向193.16 W/（K·m）的热导率。根据复合板热膨胀行为的有限元模拟分析结果,铜/钼/铜复合板受热后端面向内凹陷。复合板的大部分区域应力和应变分布均匀,应力集中出现在两侧端面处。随着铜/钼层厚比的增大,复合板的热膨胀系数逐渐增大,钼层内的应力逐渐增大,而铜层的应力逐渐减小。通过数值模拟与理论计算相结合,建立了铜/钼/铜复合板热膨胀系数预测模型,为铜/钼/铜复合板的工程应用提供理论基础。
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