[發明專利]一種激光焊接層預制件及其和鋁碳化硅盒體的制備方法

有效

• 申請號: 202010173917.7
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111482598B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 高明起;熊德贛;肖靜;陳柯;楊盛良;束平;何東
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所
• 主分類號: B22F3/02
• 分類號: B22F3/02;B22D23/04;H01L23/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 李想

本發明公開了一種激光焊接層預制件及其和鋁碳化硅盒體的制備方法，包括步驟1：制備激光焊接層預制件；步驟2：激光焊接層預制件與碳化硅預制件層壓配合；步驟3：真空氣壓浸滲制備帶激光焊接層的鋁碳化硅坯體；步驟4：進行機械加工；所述激光焊接層預制件由顆粒增強的鋁合金粉壓制而成，具體為將所述鋁合金粉置于石墨模具中，所述石墨模具包括凹模和凸模，將所述鋁合金粉鋪在凹模的底部，液壓機經由凸模對凹模內的鋁合金粉施以0.5?2MPa的壓力并保壓，形成激光焊接層預制件，所述顆粒增強的鋁合金粉的粒徑大小為10～200μm，通過在鋁碳化硅盒體的上端設計出該激光焊接層，有效解決鋁碳化硅盒體與蓋板的激光焊接難題，保證封焊后盒體的氣密性。

技術領域

本發明涉及激光焊接電子封裝領域，尤其涉及一種激光焊接層預制件及其和鋁碳化硅盒體的制備方法。

背景技術

伴隨信息技術突飛猛進的發展，IC芯片集成度不斷提高，使得其功率密度日益增加。因此，需要更為有效的熱管理材料。然而，Kovar合金，Inva合金和W/Cu合金等傳統的電子封裝材料，由于昂貴的價格、高的密度和低的熱導率已不能完全滿足現代電子封裝對材料的要求。作為高體積分數(60％～75％)碳化硅增強鋁基復合材料(以下簡稱鋁碳化硅)，由于具有高的熱導率和彈性模量，低的密度和適宜可調的膨脹系數，被廣泛的應用于微波集成電路，功率模塊，微處理器蓋板和散熱板等電子器件上。

作為裝有裸芯片的封裝盒體，一方面要求盒體自身具有高的致密性；另一方面要求盒體與蓋板之間的焊縫具有高的氣密性。激光焊接具有能量高、熱影響區小、使用靈活、成本低等特點被廣泛用于電子封裝盒體的封蓋。但是，由于碳化硅增強相與鋁基體的物理化學性質差異大，使得鋁碳化硅殼體的激光氣密性封蓋非常具有挑戰性。為解決電子封裝用的高體積分數(碳化硅體積分數大于50％)鋁碳化硅盒體不能直接激光氣密性封焊難題，國內外研究人員進行了如下研究，即在鋁碳化硅盒體的上部集成一定厚度的金屬焊接層，作為過渡層，再與蓋板進行封焊，如圖1所示。

美國CPS公司和PCC_AFT公司采用同步集成工藝將Kovar或鈦合金復合在鋁碳化硅盒體的上端作為激光焊接層，但在兩者界面處會形成Fe3Al、TiAl等脆性金屬間和化合物，易形成微裂紋。

公開號為CN103367270A的專利使用真空壓力浸滲和同步集成的技術在鋁碳化硅盒體的上端制備鑄造態的鋁合金激光焊接層，該焊接層與鋁碳化硅殼體的界面為原子級的冶金結合，結合強度高，無裂紋等缺陷。但是鑄造態的鋁合金激光焊接層晶粒粗大，且存在疏松、縮孔等鑄造缺陷，在激光封蓋過程中易導致焊縫拉裂而影響氣密性。

公開號為CN101973144A的專利發明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。該專利首先制備出層狀的硅-碳化硅預制件，然后采用真空液相壓力浸滲的方法將鋁滲入層狀的預制件得到層狀的鋁硅-鋁碳化硅復合材料，焊接層為鋁硅。主要存在以下問題：(1)硅粉表面的氧化層較厚，使得熔滲鋁硅的激光焊接性能較差；(2)鋁硅層成分不均勻，釬焊過程中導致盒體變形較大；(3)當盒體的端口穿越鋁硅層時，易導致界面結合處開裂。

馬春雪等在《Interfacial and bending strength of SiC/A356/FeNi50composite fabricated by gas pressure infiltration》中應用同步集成工藝將FeNi50焊接層嵌入成型的SiC預制件中，采用氣壓浸滲工藝制備SiC/A356/FeNi50復合材料，但是界面處易形成裂紋與孔洞。

公開號為CN101733498A的專利使用Zn-Cd-Ag-Cu釬料在鋁碳化硅殼體的上端釬焊Kovar合金作為激光焊接層，接頭剪切強度達到225MPa。但是，焊接前母材需要鍍覆Ni-P層，且需在保護氣氛下進行連接，工藝復雜成本較高；同時釬劑具有腐蝕性，Cd有較大的毒性。