[發明專利]一種SiC增強Al基復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210550367.1
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103060596A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 李國強;劉玫潭;蔡旭升;何麗嬌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/05;C22C21/00;C22C1/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及電子封裝材料的制備方法，特別涉及一種SiC增強Al基復合材料的制備方法。

背景技術

隨著微電子器件向高性能、輕量化和小型化方向發展，微電子對封裝材料提出越來越苛刻的要求。傳統的封裝材料包括硅基板，金屬基板和陶瓷基板等。硅和陶瓷基板加工困難，成本高，熱導率低；金屬材料的熱膨脹系數與微電子芯片不匹配，在使用過程中將產生熱應力而翹曲。因此這些傳統的封裝材料很難滿足封裝基板的苛刻需求。國內外新研發的新型散熱基板有金屬芯印刷電路板（MCPCB）、覆銅陶瓷板（DBC）和金屬基低溫燒結陶瓷基板（LTCC-M）。其中，金屬芯印刷電路板熱導率受到絕緣層的限制，熱導率低，且不能實現板上封裝；覆銅陶瓷板采用直接鍵合方式將陶瓷和金屬鍵合在一起，提高了熱導率，同時使得熱膨脹系數控制在一個合適的范圍，但金屬和陶瓷的反應能力低，潤濕性不好，使得鍵合難度高，界面結合強度低，易脫落；金屬基低溫燒結陶瓷基板對成型尺寸精度要求高，工藝復雜，也同樣存在金屬和陶瓷潤濕性不好、易脫落的難題。

近年來，SiC增強Al基復合材料（AlSiC）由于原材料價格便宜，能近凈成型復雜形狀，且具有熱導率高、膨脹系數可調、比剛度大、密度小，使封裝結構具有功率密度高、芯片壽命長、可靠性高和質量輕等特點，在電子封裝領域展現出了良好的應用前景。SiC顆粒作為增強材料具有性能優異，成本低廉的優點，其熱膨脹系數為4.7×10^-6℃^-1，與Si的熱膨脹系數最為接近，熱導率為80~170W/m.k，彈性模量達450GPa，密度為3.2g/cm^-2。同時Al作為基板材料，具有高熱導率（170~220W/m.k）、低密度（2.97g/cm^-2）、價格低廉和易于加工等優點，其缺點是熱膨脹系數較高。但形成AlSiC復合材料以后，卻能發揮出SiC和Al各自的優點，又克服了各自的缺點，能表現優異的綜合性能。更為重要的是AlSiC的熱膨脹系數可以通過SiC的加入量來調節，從而可以獲得精確的熱膨脹系數匹配，可以實現電子芯片的板上封裝。

AlSiC電子封裝材料的制備方法由SiC預制件制備和融熔鋁合金液浸滲兩步組成。目前，預制件的制備方法主要有模壓成型、美國AFT公司的粉末注射成型和美國CPS公司的Quickset^TM注射成型技術。其中，模壓成型適用于一些結構簡單的構件，成型模具制造簡單、操作方便、周期短、效率高，便于實現自動化生產，較適用于AlSiC封裝材料的前期研制。浸滲工藝主要有真空壓力浸滲和無壓浸滲。真空壓力浸滲雖然可以得到性能優良、氣孔缺陷較少的AlSiC復合材料，但真空壓力浸滲對設備材料要求較高，設備投資和模具成本高，生產周期長，生產成本高，工藝實施起來相對復雜。無壓浸滲利用反應誘發潤濕來實現良好浸滲，目前能實現高體積分數粉末增強金屬基復合材料的近凈成型。無壓浸滲工藝過程中沒有壓力作用，也不需要昂貴的設備，生產成本低，工藝簡單。

發明內容

為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的目的在于提供一種SiC增強Al基復合材料的制備方法，技術操作性強，工藝簡單易行，成本低廉，易于控制。制備得到的復合材料界面結合強度高，增強體顆粒分布均勻，具有良好的力學性能和熱學性能，能廣泛應用于電子器件的封裝領域。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種SiC增強Al基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）在ɑ-SiC原料中加入淀粉，混合均勻；再加入粘結劑，再次混合均勻，并經烘干、過篩后得到預制件材料；所述粘結劑由摩爾比為10：1~20:1的H₃PO₄和Al₂O₃組成，所述粘結劑的質量為ɑ-SiC原料、粘結劑和淀粉質量之和的6~10%；

（2）將步驟（1）得到的預制件材料裝入模具，使用液壓機模壓成型得到預制件濕坯；

（3）步驟（2）得到的預制件濕坯經燒制后得到預制件；

（4）將步驟（3）得到的預制件與Al-Mg-Si系合金采用無壓浸滲工藝得到SiC增強Al基復合材料。

所述ɑ-SiC原料由粒徑比為6:1~7:1的兩種ɑ-SiC顆粒組成。

所述ɑ-SiC原料由粒徑為50~70μm的ɑ-SiC顆粒和8~10μm的ɑ-SiC顆粒組成，所述粒徑為50~70μm的ɑ-SiC顆粒與8~10μm的ɑ-SiC顆粒的質量比為3:1~3.5:1。