[發(fā)明專利]一種電子封裝材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510971976.8
• 申請(qǐng)日: 2015-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN105624510A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王旭東;李炯利;戴圣龍;張曉艷;楊程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): C22C29/06
• 分類號(hào): C22C29/06;C22C30/00;C22C32/00
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種封裝材料，具體涉及鋁合金基體，氧化石墨烯和SiC顆粒為增強(qiáng)體的電 子封裝材料。

背景技術(shù)

電子封裝材料是指集成電路的密封體，它不僅對(duì)芯片具有機(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)作用，使 其避免大氣中的水汽、雜質(zhì)及各種化學(xué)氣氛的污染和侵蝕，從而使集成電路芯片能穩(wěn)定地發(fā) 揮正常電氣功能，封裝材料對(duì)電子器件和電路的熱性能乃至可靠性起著舉足輕重的作用。現(xiàn) 在，電了封裝材料行業(yè)已成為半導(dǎo)體行業(yè)中的一個(gè)重要分支，它已經(jīng)廣泛涉及到化學(xué)、電學(xué)、 熱力學(xué)、機(jī)械和工藝設(shè)備等多種學(xué)科。

作為金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)物，SiC顆粒具有高模量、高硬度、低熱膨脹、高熱導(dǎo)率、 來源廣泛和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。Al合金具有低密度、高熱導(dǎo)率(170-220W/m·K)價(jià)格低廉以 及熱加工容易等優(yōu)點(diǎn)。綜合以上因素，并考慮到電子封裝材料必須具備很低的且與基板匹配 的熱膨脹系數(shù)(CTE)，高的熱導(dǎo)率，高剛度，低密度，及低成本等特性，將二者復(fù)合而成 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料后，材料具有了Al和SiC二者的優(yōu)點(diǎn)，幾乎代表了理想封裝材料的所 有性能要求，這使得SiC/Al復(fù)合材料成為電子封裝用金屬基復(fù)合材料中最倍受矚目，潛在應(yīng) 用最廣的復(fù)合材料。

石墨烯是世界上最堅(jiān)固的材料(楊氏模量1.7TPa)，理論比表面積高達(dá)2630m²/g，具有良 好的導(dǎo)熱性(5000W/(m.k))和室溫下高速的電子遷移率(200000cm²/(V.s))。同時(shí)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu) 使其具有完美的量子霍爾效應(yīng)、獨(dú)特的量子隧道效應(yīng)、雙極電場(chǎng)效應(yīng)等特殊的性質(zhì)。由于石 墨烯優(yōu)異的性能，極大的比表面積和較低的生產(chǎn)成本(相對(duì)于碳納米管)；石墨烯各碳原子之 間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就會(huì)彎曲變形來適應(yīng)外力，而不必使碳 原子重新排列，這樣就保持了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。基于石墨烯這些優(yōu)良的性能，如果將其添加在金 屬鋁或銅中制成電子封裝材料，將大大提高材料的電導(dǎo)率；石墨烯密度小，得到的復(fù)合材料 的密度比金屬基體低；熱膨脹系數(shù)小；同時(shí)解決電子封裝復(fù)合材料中的界面潤(rùn)濕問題，有利 于降低界面熱阻；易于加工。因此，石墨烯金屬基復(fù)合材料對(duì)于電子封裝領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用 前景。

現(xiàn)有的SiC/Al復(fù)合材料電子封裝材料主要采用滲浸法制造，其在導(dǎo)熱性能，制造工藝和 焊接性能上均存問題，特別是難以采用我國(guó)現(xiàn)有封裝焊接進(jìn)行焊接，限制了該類材料在我國(guó) 有源相控陣?yán)走_(dá)上的應(yīng)用，需要一種新型的封裝材料彌補(bǔ)傳統(tǒng)材料的不足。石墨烯具備極佳 的導(dǎo)熱性，由石墨烯和Al/SiC復(fù)合形成的電子封裝材料，不僅保持各自的性能優(yōu)勢(shì)，大幅度 提高了材料的導(dǎo)熱性能，而且在制造工藝和焊接性能有了明顯改善，將有望成為新一代電子 封裝材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種線膨脹系數(shù)可控高導(dǎo)熱可焊電子封裝材料，是通過將一定比例氧化石墨 烯、SiC和鋁合金粉末的進(jìn)行混合，再經(jīng)過熱物理燒結(jié)制備而成。采用本發(fā)明可制備出密度 低于3.1g/cm³，導(dǎo)熱率大于180W/(m·K)的輕質(zhì)電子封裝材料，從而大幅度提高我國(guó)有源相控 陣?yán)走_(dá)等軍用電子設(shè)備的綜合性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種電子封裝材料，由基體和增強(qiáng)體組成，所述基體包括鋁和鋁合金粉末，所述增強(qiáng)體 包括氧化石墨烯和SiC顆粒，按照質(zhì)量百分比計(jì)，所述氧化石墨烯為0.5％～3％，所述SiC顆 粒為35％～65％，余量為鋁合金粉末，所述鋁合金粉末為Al-Si合金粉末。

一種電子封裝材料的第一優(yōu)選方案，Al-Si合金粉末中Si的含量為30％～50％。

一種電子封裝材料的第二優(yōu)選方案，Al-Si合金粉末中Si的含量為35％～45％。

一種電子封裝材料的第三優(yōu)選方案，Al-Si合金粉末中Si的含量為40％。

一種電子封裝材料的第四優(yōu)選方案，氧化石墨烯為1％～2％，所述SiC顆粒為40％～60％。

一種電子封裝材料的第五優(yōu)選方案，氧化石墨烯為1.5％，所述SiC顆粒為50％。

一種電子封裝材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備混合粉末；

(2)制備包套；

(3)物理燒結(jié)。

一種電子封裝材料的制備方法的第一優(yōu)選方案，步驟(1)依次采用濕法混合和干法混合。