[發(fā)明專(zhuān)利]鋁碳化硅熱沉基板制備方法及鋁碳化硅熱沉基板

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110354276.X
• 申請(qǐng)日: 2021-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113097153B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何嵐;景文甲;劉磊;汪震;何娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 珠海億特立新材料有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/12
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/12;H01L23/373;B22D23/04;C04B35/565;C04B35/634;C04B35/636
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 牛麗霞

本發(fā)明提供一種鋁碳化硅熱沉基板制備方法，制備碳化硅粉料和膠體，將碳化硅粉料加至膠體中進(jìn)行造粒，采用熱等靜壓方式，對(duì)造粒粉施加設(shè)定壓力和溫度，經(jīng)過(guò)設(shè)定保壓燒結(jié)時(shí)間后得到碳化硅陶瓷預(yù)制體；采用真空壓力溶滲法，將碳化硅陶瓷預(yù)制體放入浸滲爐中，在真空環(huán)境下施加高壓惰性氣體，在碳化硅陶瓷預(yù)制體表面浸滲鋁合金溶液，得到鋁碳化硅鑄件；通過(guò)超聲波振動(dòng)切削進(jìn)行機(jī)加，再表面金屬化鍍覆處理，得到鋁碳化硅熱沉基板。本發(fā)明還提供一種由上述鋁碳化硅熱沉基板制備方法制得的鋁碳化硅熱沉基板。本發(fā)明通過(guò)熱等靜壓、真空壓力溶滲、超聲波振動(dòng)切削機(jī)加、表面金屬化鍍覆處理，提高了鋁碳化硅熱沉基板的體積分?jǐn)?shù)、致密度、熱導(dǎo)率和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁碳化硅熱沉基板制備方法及鋁碳化硅熱沉基板。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，芯片集成度在不斷提高，其對(duì)封裝材料的熱膨脹匹配和散熱提出了很高的要求，因此高密度封裝技術(shù)成為了主要的技術(shù)攻關(guān)方向。

目前大功率電子元器件封裝基板及熱沉材料多采用鋁合金、銅合金、鎢銅、鉬銅、CMC銅及純陶瓷材料，鋁合金、銅合金材質(zhì)較軟，強(qiáng)度較低，線膨脹系數(shù)較大，受熱和受力工況下變形嚴(yán)重，將導(dǎo)致與其相連接的電子元器件應(yīng)力集中開(kāi)裂失效；鎢銅、鉬銅及CMC銅密度較大，屬于重金屬，不僅無(wú)法在對(duì)密度有較高要求的領(lǐng)域內(nèi)使用，并且對(duì)人體及環(huán)境具有一定危害作用；純陶瓷材料質(zhì)脆、易碎、加工成本高，不僅無(wú)法加工成形狀較復(fù)雜的產(chǎn)品，并且在使用和運(yùn)輸過(guò)程中容易劃傷、碎裂，增加了電子元器件失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此，目前的封裝基板及熱沉材料均存在一定的質(zhì)量問(wèn)題，不滿足日益增長(zhǎng)的產(chǎn)品需求。

在此技術(shù)背景下，鋁碳化硅材料憑借其高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、低密度以及高比剛度的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在大功率元器件散熱、封裝上，有效實(shí)現(xiàn)電子元器件輕量化、小型化的目標(biāo)。并且基于復(fù)合材料性能可設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，鋁碳化硅材料可與大多數(shù)陶瓷和半導(dǎo)體材料完美匹配，有效避免裝配零件間熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的熱應(yīng)力開(kāi)裂和熱循環(huán)老化效應(yīng)的問(wèn)題，提高產(chǎn)品整體使用壽命，從根本上解決熱失效問(wèn)題。

針對(duì)目前常規(guī)的鋁碳化硅材料制備方法，各有各的不足，均存在一定問(wèn)題：粉末冶金法即將鋁粉和碳化硅粉末混合、高溫融化后鑄造成型，由于鋁粉易氧化和團(tuán)聚，該方法制備的鋁碳化硅材料熱導(dǎo)率低，性能均勻性差；攪拌鑄造法即向熔融的鋁合金溶液中邊攪拌邊添加碳化硅粉鑄造成型，但由于鋁合金熔液與碳化硅難混合，導(dǎo)致制備的鋁碳化硅材料的碳化硅體積分?jǐn)?shù)通常低于30％，使得材料剛度差，易變形；噴射沉積法是在坩堝底部開(kāi)一個(gè)小孔，當(dāng)熔融金屬鋁合金液流出后，將顆粒增強(qiáng)相加入液流中，然后高速惰性氣體將基體與顆粒混合物分散成細(xì)液滴使其霧化，顆粒及霧化流噴射到基底上共同沉積成金屬?gòu)?fù)合材料，其缺點(diǎn)是成本較高，沉積速度較慢，無(wú)法制備碳化硅體檢分?jǐn)?shù)高的金屬基復(fù)合材料；無(wú)壓浸滲法是把基體合金鑄錠放入預(yù)制件上面，通入含有氮?dú)獾目煽貧夥?，加熱直到合金熔化自發(fā)滲入預(yù)制件中，但制備形成的金屬基陶瓷復(fù)合材料不致密，影響產(chǎn)品的材料性能。

通過(guò)以上幾種常規(guī)方法制備的鋁碳化硅材料，均無(wú)法達(dá)到較高的碳化硅體積分?jǐn)?shù)、致密度、熱導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度，且線膨脹系數(shù)不穩(wěn)定，進(jìn)而限制了鋁碳化硅材料在對(duì)熱穩(wěn)定性能要求較高的電子封裝、散熱基板、IGBT等領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種鋁碳化硅熱沉基板制備方法及鋁碳化硅熱沉基板，解決了現(xiàn)有技術(shù)中鋁碳化硅熱沉基板致密度低、碳化硅體積分?jǐn)?shù)低、熱導(dǎo)率低、性能不穩(wěn)定、成本高的問(wèn)題，克服了生產(chǎn)周期長(zhǎng)、良品率低的缺陷。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種鋁碳化硅熱沉基板制備方法，所述方法包括：

步驟S1：分別制備碳化硅粉料和膠體，將碳化硅粉料加至膠體中進(jìn)行造粒，得到造粒粉；

步驟S2：采用熱等靜壓方式，將造粒粉放入成型模具中，并施加設(shè)定壓力和溫度，經(jīng)過(guò)設(shè)定保壓燒結(jié)時(shí)間后得到碳化硅陶瓷預(yù)制體；