[發明專利]一種石墨和鋁硅合金復合電子封裝材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611176552.3
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106799496B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 郝心想;樊建中;馬自力;趙月紅;楊必成;鄔小萍;魏少華;左濤;聶俊輝;劉彥強
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;C23C18/36;C23C18/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發明公開了一種石墨和鋁硅合金復合電子封裝材料及其制備方法，屬于復合材料技術領域。該封裝材料由化學鍍鎳處理后的鱗片石墨、鋁硅合金組成，石墨的重量百分比為35～70wt％，鋁硅合金的重量百分比為30～65wt％；該封裝材料中鱗片石墨片層方向與壓制方向垂直分布，呈非連續近似平行排列，鋁硅合金分布于石墨片層間隙，石墨片與鋁硅合金呈疊層結構。該封裝材料采用化學鍍鎳、氣霧化制粉及粉末冶金相結合的方法制備。本發明所制得的封裝材料組織均勻、輕質、高導熱、低膨脹、具備一定的強度及易加工等綜合性能，在電子封裝領域有較大應用潛力；所述制備方法在材料制備成本、連續化生產及批量化生產等方面也具有一定優勢。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種石墨和鋁硅合金復合電子封裝材料及其制備方法。

背景技術

電子信息領域、航空航天領域及交通等領域的發展與整機系統中的電子組件的高效、高壽命、穩定運行密不可分，步入二十一世紀，電子組件的發展更加注重輕量化、集成化及模塊化發展，在這種發展趨勢下，整機系統服役穩定性更加取決于電子組件在服役條件下的穩定運行能力。電子組件服役條件多涉及溫度、芯片或模塊與基板的熱變形匹配及強度問題。電子組件的發展趨勢及服役環境對封裝材料提出了苛刻的要求：具備低密度、良好導熱性、適宜的熱膨脹系數及一定的強度等綜合性能。

伴隨著電子信息產業的發展，出現了諸多類型的封裝材料，如Al、AlN、BeO、Invar合金、Kavar合金、W-Cu、Mo-Cu，金剛石/Cu、Al-Si合金等材料，這些材料在密度、熱導率、熱膨脹系數、強度、加工性能及制造成本等某一方面或某幾個方面具有一定優勢，電子信息產業發展趨勢及電子元器件的服役環境使得具有良好綜合性能的電子封裝材料越來越受到重視。

石墨具有低密度、特定晶面高熱導率、低熱膨脹系數、良好的潤滑性等特點，使其在制備復合型輕質、高導熱、低膨脹系數及良好加工性能封裝材料方面具有較大優勢。石墨與多數金屬界面潤濕能力較差，因此，在制備石墨與其它金屬或者合金復合形成電子封裝材料時，對石墨表面進行預處理，可以提高石墨與復合相界面潤濕能力，提高界面結合力，降低界面熱阻，本發明中對石墨表面進行鍍Ni處理。為保證制備封裝材料具備一定的強度，采用合金與石墨進行復合，并通過后續熱處理強化，起到強化作用。采用流動性較好的Al-Si合金作為復合相，利于界面潤濕和成型制備。石墨在特定晶面具有高導熱率，坯錠制備采用真空熱壓工藝，保證石墨片層方向與壓力方向垂直。

發明內容

本發明針對電子封裝材料現有技術的不足，提供了一種石墨和鋁硅合金復合電子封裝材料及其制備方法，其特征在于，該封裝材料由鱗片石墨和鋁硅合金組成，其中，鱗片石墨的重量百分比為35～70wt％，鋁硅合金的重量百分比為30～65wt％；鱗片石墨片層方向與壓制方向垂直分布，石墨片呈非連續平行排列，鋁硅合金分布于石墨片層間隙，石墨片與鋁硅合金呈疊層結構；該封裝材料的密度為2.42～2.55g/cm³，平行于石墨片層X-Y方向熱導率為240～280W/(m.K)，27℃～100℃的熱膨脹系數為10.2～13.9×10^-6/K，彎曲強度為120～160MPa。

所述鋁硅合金，按重量百分比：硅含量9～14wt％，銅含量1～5wt％，鎂含量為0.5～2.5wt％，錫含量為0.1～1.5wt％，余量為鋁；所述鱗片石墨的純度大于等于99.9wt％，粒度為32目～100目。

一種石墨和鋁硅合金復合電子封裝材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)氣霧化制備鋁硅合金粉末：鋁硅合金在高純氬氣氣體氛圍下，利用氣霧化設備制備霧化粉末；

(2)鱗片石墨表面預處理：經過一次浸鋅、二次浸鋅及化學鍍鎳，在鱗片石墨表面鍍一層鎳層，使用去離子水清洗和無水乙醇清洗，抽濾后采用液氮進行低溫升華，去除部分水分，再使用真空烘干箱在95～120℃烘干2～6h去除水分；