[發明專利]一種致密結合型電子封裝用復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911317201.3
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111029309A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 李櫻櫻
• 申請（專利權）人: 李櫻櫻
• 主分類號: H01L23/29
• 分類號: H01L23/29;H01L23/373;B22F3/02;C22C9/00;B82Y40/00
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本發明涉及一種致密結合型電子封裝用復合材料的制備方法，屬于電子封裝材料技術領域。在本發明技術方案中，通過對金剛石材料表面的酸改性和堿改性處理，粉體表面由于強酸作用，形成許多不連續的“舊”狀鎖孔，這些狀鎖孔有利于金屬銅微粒在其中的吸附和界面溶膠材料表面的有效結合，通過在材料表面進行有效改性，使材料具有優異的結合強度，改善復合材料的致密結合性能，同時本發明技術方案在金剛石顆粒表面引入硼及其化合物納米結構，使得硼納米線與金屬銅接觸，提高了金剛石與銅的接觸面積，并增加了傳熱渠道，從而能夠獲得高熱導率復合材料，進一步改善材料的致密結合強度，提高了材料的導熱性能。

技術領域

本發明涉及一種致密結合型電子封裝用復合材料的制備方法，屬于電子封裝材料技術領域。

背景技術

電子封裝材料是指集成電路的密封體，它不僅對芯片具有機械支撐和環境保護作用，使其避免大氣中的水汽、雜質及各種化學氣氛的污染和侵蝕，從而使集成電路芯片能穩定地發揮正常電氣功能，封裝材料對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。現在，電了封裝材料行業已成為半導體行業中的一個重要分支，它已經廣泛涉及到化學、電學、熱力學、機械和工藝設備等多種學科。

作為金屬基復合材料的增強物，SiC顆粒具有高模量、高硬度、低熱膨脹、高熱導率、來源廣泛和成本低廉等優點。Al合金具有低密度、高熱導率(170-220W/m·K)價格低廉以及熱加工容易等優點。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(CTE)，高的熱導率，高剛度，低密度，及低成本等特性，將二者復合而成顆粒增強鋁基復合材料后，材料具有了Al和SiC二者的優點，幾乎代表了理想封裝材料的所有性能要求，這使得SiC/Al復合材料成為電子封裝用金屬基復合材料中最倍受矚目，潛在應用最廣的復合材料。

石墨烯是世界上最堅固的材料(楊氏模量1.7TPa)，理論比表面積高達2630m2/g，具有良好的導熱性(5000W/(m.k))和室溫下高速的電子遷移率(200000cm2/(V.s))。同時，其獨特的結構使其具有完美的量子霍爾效應、獨特的量子隧道效應、雙極電場效應等特殊的性質。由于石墨烯優異的性能，極大的比表面積和較低的生產成本(相對于碳納米管)；石墨烯各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就會彎曲變形來適應外力，而不必使碳原子重新排列，這樣就保持了結構的穩定。基于石墨烯這些優良的性能，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率；石墨烯密度小，得到的復合材料的密度比金屬基體低；熱膨脹系數小；同時解決電子封裝復合材料中的界面潤濕問題，有利于降低界面熱阻；易于加工。因此，石墨烯金屬基復合材料對于電子封裝領域有廣闊的應用前景。

中國專利(CN201210165260.5)公開了一種無壓浸透法制備SiC/Al電子封裝材料的工藝，其以碳化硅作為增強相，以Al-Mg-Si合金作為基體相，首先將碳化硅顆粒、粘結劑、增塑劑、潤滑劑和溶劑混勻，壓制成型后預熱處理并燒結，然后在Al-Mg-Si合金熔體中浸透。該電子封裝材料熱導率為(140-159)W/mK，熱膨脹系數為(7.92-9.71)×10^-6/K但是該電子封裝材料切削加工性能較差，而且碳化硅的高熔點使得電子封裝材料的焊接性能差，且其熱膨脹系數和熱導率還需進一步完善。

中國專利(201610418417.9)公開了一種制備三維互穿結構3D-SiC/Al復合材料的方法，包括3D-SiC預制件制備及后續無壓熔滲制備3D-SiC/Al復合材料過程。其中，3D-SiC預制件應用在后續的無壓熔滲3D-SiC/Al復合材料時。根據所用的鋁合金成分可對其進行或不進行氧化預處理。其熱導率達到232W/m℃，復合材料的密度可達2.9-3.1g/cm²，抗彎強度可達330MPa。但是其制備過程較繁瑣，有機溶劑使用量大，對環境有一定的污染。