[發明專利]帶激光焊接層的鋁碳化硅復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310290676.4
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103367270A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 李順;白書欣;熊德贛;趙恂;萬紅;張虹
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H01L23/29
• 分類號: H01L23/29;H01L21/48;C04B38/00;C04B35/565;C04B41/88
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種電子信息工業用的電子封裝材料，尤其涉及一種帶激光焊接層、可用激光進行焊接的鋁碳化硅復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著電子信息工業的發展，芯片集成度不斷提高，使得電路的工作溫度不斷上升，相應地對封裝材料的要求也越來越苛刻，不僅要求封裝材料具有較高的熱導率，與電子芯片相匹配的較低的熱膨脹系數，而且為了滿足輕量化的需要，還要求封裝材料的密度盡可能的低、彈性模量盡可能的高。傳統的封裝材料如金屬鋁、銅、可伐合金、鎢銅、鉬銅等已很難滿足電子信息工業不斷發展對封裝材料的需要。

碳化硅顆粒增強鋁基復合材料（以下簡稱鋁碳化硅）是新近發展起來的一種新型電子封裝材料，它具有高熱導率、低密度和熱膨脹系數可設計等特點，因而受到越來越多研究者的關注，其應用范圍也不斷擴大，正在成為混合集成電路、毫米/微米波集成電路、多芯片組件等微電子器件的新一代電子封裝外殼材料（鐘鼓，吳樹森，萬里．高SiC_p或高Si含量電子封裝材料研究進展．材料導報，2008，22(2)：13-17．）。

裝有芯片的微電子器件對封裝殼體的氣密性要求很高，一方面要求封裝殼體具有高的致密性，另一方面要求封裝殼體與蓋板的焊縫具有高氣密性。激光焊接具有高質量、高精度、低變形、高效率、高速度及低成本等特點，是實現封裝殼體高可靠性和氣密性焊接的主要途徑之一。但鋁碳化硅封裝殼體由于碳化硅的高熔點且含量大，無法采用激光焊接的方法直接進行蓋板與殼體的封焊。

為解決鋁碳化硅殼體的激光封焊問題，公開號為CN2682579A的中國專利文獻提出了一種帶金屬密封環的鋁碳化硅封裝外殼，其結構特點是在鋁碳化硅殼座的上端口設置金屬密封環，該金屬密封環可以與金屬蓋板激光焊接從而形成氣密性封裝殼體。金屬密封環及金屬蓋板可用4J29、4J33、4J34、4J45、J47等膨脹合金、鈦合金和430、410等不銹鋼材料制造。公開號為CN2789930A的中國專利文獻提出了一種四周帶金屬邊框的鋁碳化硅封裝板材，其結構特點是在鋁碳化硅板材的四周固定連接金屬，從而實現與帶金屬密封環的鋁碳化硅封裝殼體或合金圍框的焊接。所述的金屬邊框材料包括4J29、4J33、4J34、4J45、J47等膨脹合金、鈦合金、鋁合金和430、304等不銹鋼材料。但是，以上所述的兩種結構生產工藝成本高，難以實現規模化生產。

公開號為CN1971861A的中國專利文獻提出了一種具有激光可焊性的高導熱電子封裝殼體的制備方法。該發明利用脈沖電流燒結技術與線切割相結合制備梯度框架，該梯度框架由7層不同成分的SiC粉-Al粉-Si粉混合層和6063鋁合金層組成。將梯度框架與60vol%SiC-35vol%Al-5vol%Si復合材料底板利用脈沖電流燒結設備焊接在一起形成殼體，利用機械加工進行后處理得到所需形狀的電子封裝殼體。該殼體能夠實現與可伐合金蓋板的激光焊接，但焊縫的氣密性難以滿足要求，生產工藝成本同樣很高。

公開號為CN101973144A的中國專利文獻提出了一種可激光焊接的層狀鋁硅-鋁碳化硅復合材料及其制備方法。該專利文獻提出首先制備層狀Si/SiC預制件，然后采用真空液相壓力浸滲的方法將鋁合金滲入層狀預制件制備得到層狀鋁硅-鋁碳化硅復合材料，制備得到的復合材料由鋁硅層和鋁碳化硅層組成，可激光焊接層為鋁硅層，鋁硅層中Si體積分數在30%~60%之間，鋁的體積分數在40%~70%之間。該發明適合制備可用激光進行氣密性焊接的封裝殼體。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可焊性好、氣密性和熱導率高、熱膨脹系數低的帶激光焊接層的鋁碳化硅復合材料，還提供一種簡單、高效、成本低廉的帶激光焊接層的鋁碳化硅復合材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種帶激光焊接層的鋁碳化硅復合材料（簡稱復合材料），所述帶激光焊接層的鋁碳化硅復合材料由激光焊接層和鋁碳化硅層組成；所述激光焊接層由純鋁或鋁合金構成，所述鋁合金包含硅和鋁，設所述鋁合金中硅和鋁的體積分數分別為a和b，則0＜a≤30%，30%≤b＜100%；所述鋁碳化硅層由碳化硅和所述純鋁組成，或者由碳化硅和所述鋁合金組成，其中碳化硅的體積分數為30%～70%。用帶激光焊接層的鋁碳化硅復合材料制備電子封裝殼體時，激光焊接層可使封裝殼體與鋁硅合金、膨脹合金及不銹鋼的蓋板進行激光焊接；鋁碳化硅層使封裝殼體具有高導熱率、低熱膨脹系數、高彈性模量和高抗彎強度的特性。