[發明專利]鋁硅/鋁碳化硅復合材料及其制備方法、電子封裝裝置

有效

• 申請號: 201410200713.2
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103966542A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 白書欣;熊德贛;李順;趙恂;張虹;萬紅
• 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: C23C4/12
• 分類號: C23C4/12;B32B15/01;H01L23/08
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及電子封裝領域，特別地，涉及一種鋁硅/鋁碳化硅復合材料及其制備方法、電子封裝裝置。

背景技術

微電路組件殼體封裝時所用材料需要能同時滿足高熱導率、低密度、膨脹系數與低溫共燒陶瓷匹配、良好的機械性能與加工特性、良好的激光焊接特性等要求，才能使得封裝后殼體可靠性有所保障。同時微電路組件殼體封裝材料在生產過程中殼體底板的變形量不能大于0.10mm?，F在該殼體封裝材料主要采用鋁合金、銅合金、柯伐合金、W/Cu合金等材料。但鋁合金和銅合金膨脹系數過高，柯伐合金密度過大且熱導率太低，而W/Cu合金雖然熱導率和膨脹系數均較理想，但昂貴的價格和過高的密度，又使W/Cu合金難以滿足微電路組件殼體封裝材料的全部要求。

鐘鼓，吳樹森，萬里等在發表于《材料導報》2008，22(2)：13-17的《高SiCp或高Si含量復合材料研究進展》中提到，高體積分數碳化硅顆粒增強鋁基復合材料(本文中簡稱鋁碳化硅材料)和噴射沉積高體積分數硅增強鋁基復合材料(本文中簡稱噴射沉積鋁硅材料)是新發展起來的兩種新型復合材料，它們具有高熱導率、低密度和熱膨脹系數可設計等特點適于作為微電路組件的封裝殼體材料。

現有技術中以硅-碳化硅層狀預制件為原料，經真空壓力浸滲制備得到的鋁硅-鋁碳化硅復合材料。但由于采用真空壓力浸滲法得到的鋁硅-鋁碳化硅封裝材料表層鋁硅中的硅相表面存在氧化層，且所得鋁硅材料中硅顆粒(光學顯微鏡組織如圖1所示)粗大，存在很多粒徑大于100μm的硅顆粒，硅顆粒表面的氧化層和粗大的硅顆粒，導致封裝時蓋板與殼體的焊縫可靠性不足，無法滿足激光焊接的需要。

發明內容

本發明目的在于提供一種鋁硅/鋁碳化硅復合材料及其制備方法、電子封裝裝置，以解決現有技術中電子封裝殼體與蓋板通過激光焊接時焊縫不穩定的技術問題。

為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種鋁硅/鋁碳化硅復合材料，復合材料包括激光焊接層和鋁碳化硅層，激光焊接層位于鋁碳化硅層的上表層；其特征在于，激光焊接層為經噴射沉積形成的鋁硅材料層。

進一步地，激光焊接層表面各硅顆粒之間連通且含氧量≤1000×10^-6；激光焊接層表面中硅顆粒粒徑≤100μm。

進一步地，激光焊接層中硅的質量百分比≤55％。

根據本發明的另一方面還提供了一種上述鋁硅/鋁碳化硅復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將噴射沉積制得的鋁硅材料層置于碳化硅預制件頂面，得到復合預制件，并將復合預制件放入模具中在550℃～650℃下恒溫預熱2小時～3小時；

2)熔化鋁合金；

3)抽真空后充惰性氣體至壓力為1.5MPa～2.0MPa下恒溫恒壓515分鐘～15分鐘后再增壓至8MPa～12MPa，得到鋁硅/鋁碳化硅復合材料。

進一步地，碳化硅預制件通過干法模壓法或粉末注射成型法制得，碳化硅預制件的密度為2.07g/cm³～2.35g/cm³。

根據本發明的另一方面還提供了一種電子封裝裝置，包括殼體和蓋板，殼體包括底板和圍繞底板設置的圍欄，復合材料中，至少圍欄為權利要求1至4中任一項的鋁硅/鋁碳化硅復合材料；

進一步地，殼體具有矩形結構；圍欄的側壁和底板為鋁碳化硅層，殼體中，95mm<殼體內腔長度≤125mm，70mm<殼體內腔寬度≤85mm，2mm≤殼體底板的厚度≤3mm。

進一步地，作為圍欄的鋁硅/鋁碳化硅復合材料的激光焊接層中含硅質量百分比為48％～55％，余量為鋁。

進一步地，蓋板包括：中間區域，由鋁碳化硅材料形成；以及外圍區域，環繞在中間區域的外周，并與圍欄形成配合關系，外圍區域由鋁合金材料形成。

進一步地，蓋板中的中間區域的鋁碳化硅材料中SiC的體積百分比為65％～75％，余量為鋁或鋁合金。

本發明具有以下有益效果：

本發明提供的復合材料通過在鋁碳化硅上同步集成具有良好激光焊接特性的噴射沉積鋁碳化硅層。由于噴射沉積得到的鋁硅材料層氧含量≤1000×10^-6，且硅顆粒粒徑小且彼此深度連接形成網狀，提高了所得復合材料的激光焊接焊縫的穩定性，使其能滿足微電路組件殼體材料的要求。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明