一種電子封裝材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種封裝材料的制備方法，具體設(shè)及侶合金基體，氧化石墨締和SiC顆 粒為增強體的電子封裝材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子封裝材料是指集成電路的密封體，它不僅對忍片具有機械支撐和環(huán)境保護作 用，使其避免大氣中的水汽、雜質(zhì)及各種化學氣氛的污染和侵蝕，從而使集成電路忍片能穩(wěn) 定地發(fā)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?，F(xiàn)在，電了封裝材料行業(yè)已成為半導(dǎo)體行業(yè)中的一個重要分支，它已經(jīng)廣泛設(shè)及到化 學、電學、熱力學、機械和工藝設(shè)備等多種學科。
[0003] 作為金屬基復(fù)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(dǎo) 率、來源廣泛和成本低廉等優(yōu)點。Al合金具有低密度、高熱導(dǎo)率（170-220W/m ? K)價格低廉 W及熱加工容易等優(yōu)點。綜合W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 顆粒增強侶基復(fù)合材料后，材料具有了Al和SiC二者的優(yōu)點，幾乎代表了理想封裝材料的所 有性能要求，運使得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。
[0004] 石墨締是世界上最堅固的材料(楊氏模量1.71Ta)，理論比表面積高達2630mVg， 具有良好的導(dǎo)熱性(5000W/(m.k))和室溫下高速的電子遷移率(200000cmV(V.s))。同時， 其獨特的結(jié)構(gòu)使其具有完美的量子霍爾效應(yīng)、獨特的量子隧道效應(yīng)、雙極電場效應(yīng)等特殊 的性質(zhì)。由于石墨締優(yōu)異的性能，極大的比表面積和較低的生產(chǎn)成本(相對于碳納米管）；石 墨締各碳原子之間的連接非常柔初，當施加外部機械力時，碳原子面就會彎曲變形來適應(yīng) 外力，而不必使碳原子重新排列，運樣就保持了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定?；谑嗊\些優(yōu)良的性能， 如果將其添加在金屬侶或銅中制成電子封裝材料，將大大提高材料的電導(dǎo)率;石墨締密度 小，得到的復(fù)合材料的密度比金屬基體低;熱膨脹系數(shù)?。煌瑫r解決電子封裝復(fù)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，石墨締金屬基復(fù)合材料對于電子封 裝領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005] 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W采用我國現(xiàn)有封裝焊接進行焊接，限制了該類材 料在我國有源相控陣雷達上的應(yīng)用，需要一種新型的封裝材料彌補傳統(tǒng)材料的不足。石墨 締具備極佳的導(dǎo)熱性，由石墨締和AVSiC復(fù)合形成的電子封裝材料，不僅保持各自的性能 優(yōu)勢，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】

[0006] 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 化石墨締、SiC和侶合金粉末的進行混合，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 有源相控陣雷達等軍用電子設(shè)備的綜合性能。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0008] -種電子封裝材料，由基體和增強體組成，所述基體包括侶和侶合金粉末，所述增 強體包括氧化石墨締和SiC顆粒，按照質(zhì)量百分比計，所述氧化石墨締為0.5 %~3%，所述 SiC顆粒為35%~65%，余量為侶合金粉末，所述侶合金粉末含55%Al-Si，15%Al-Ti-B， 15%A1-Be 和 15%A1 粉末。
[0009] -種電子封裝材料的第一優(yōu)選方案,A^Si合金粉末中Si的含量為30%~50%，所 述Al-Ti-B合金粉末中Ti的含量為4%~6%，所述Al-Be合金粉末中Be的含量為0.1%~ 0.3%。
[0010] 一種電子封裝材料的第二優(yōu)選方案,A^Si合金粉末中Si的含量為35%~45%，所 述M-Ti-B合金粉末中Ti的含量為4.5%~5.5%，所述Al-Be合金粉末中Be的含量為0.15% ~0.25%。
[0011] 一種電子封裝材料的第=優(yōu)選方案，Al-Si合金粉末中Si的含量為40%，所述Al-Ti-B合金粉末中Ti的含量為5%，所述Al-Be合金粉末中Be的含量為0.2%。
[0012] -種電子封裝材料的第四優(yōu)選方案，氧化石墨締為1%~2%，所述SiC顆粒為40% ~60%。
[0013] -種電子封裝材料的第五優(yōu)選方案，氧化石墨締為1.5%，所述SiC顆粒為50%。
[0014] -種電子封裝材料的制備方法包括如下步驟：
[0015] (1)制備混合粉末；
[0016] (2)制備包套；
[0017] (3)物理燒結(jié)。
[0018] -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。
[0019] -種電子封裝材料的制備方法的第二優(yōu)選方案，濕法混合時間為4~14h，攬拌速 度為10~30轉(zhuǎn)/分鐘;所述干法混合時間為4~14h，攬拌速度為10~30轉(zhuǎn)/分鐘。
[0020] 一種電子封裝材料的制備方法的第=優(yōu)選方案，濕法混合時間為lOh，攬拌速度為 20轉(zhuǎn)/分鐘;所述干法混合時間為化，攬拌速度為20轉(zhuǎn)/分鐘。
[0021] -種電子封裝材料的制備方法的第四優(yōu)選方案，步驟(2)的材料為LF21侶合金。
[0022] -種電子封裝材料的制備方法的第五優(yōu)選方案，步驟（3)中物理燒結(jié)的壓力為 90MPa~300MPa，溫度為400°C~500°C，時間為30分鐘~2小時。
[0023] 一種電子封裝材料的制備方法的第六優(yōu)選方案，壓力為200M化，溫度為470°C，時 間為1.5小時。
[0024] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果如下：
[0025] 1、材料設(shè)計性強，可根據(jù)需要制備系列產(chǎn)品。本發(fā)明采用粉末冶金方式，可實現(xiàn)材 料各項物理性能，特別是線膨脹系數(shù)可根據(jù)材料組成進行設(shè)計。
[0026] 2、焊接性能好。本發(fā)明制備的電子封裝材料，通過調(diào)節(jié)SiC顆粒尺寸，侶合金粉末 成分，W及在材料加入石墨締材料，使得采用本發(fā)明所述制備方法獲得的電子封裝材料不 僅具備SiC/Al基復(fù)合電子封裝材料導(dǎo)熱系數(shù)高和成本低廉的優(yōu)點，同時改變了 W往SiC/Al 基復(fù)合電子封裝材料機加工困難、難W焊接的缺點，使其特別適合目前我國電子工業(yè)工藝 現(xiàn)狀，對改善我國有源相控陣雷達等軍用電子器件的可靠性及集成化程度有重要意義，達 到國際領(lǐng)先水平
[0027] 3、生產(chǎn)成本低，容易實現(xiàn)工業(yè)化制備，同時操作工藝簡便，利于生產(chǎn)控制。因此，本 發(fā)明采用低成本的碳化娃顆粒侶基電子封裝復(fù)合材料用于航空航天微波等電子器件及模 塊的封裝殼體或底座，不僅會產(chǎn)生顯著的軍事效益，還將帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
【具體實施方式】
[0028] 下面將結(jié)合實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的 實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的 范圍。
[0029] 按質(zhì)量分數(shù)計，氧化石墨締為2%，SiC顆粒為50%，余量為侶合金粉末，所述侶合 金粉末含 55%Al-40Si，15%Al-5Ti-B，15%Al-0.2Be 和 15%A1 粉末。制備步驟如下：
[0030] (1)制備氧化石墨締的乙醇溶液:將1體積的氧化石墨締和10體積的乙醇混合并用 超聲分散；
[0031] (2)將制備的氧化石墨締乙醇溶液，SiC顆粒，Al-Si侶合金粉末加入V型混料設(shè)備 中進行濕法混合，混合10小時，轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/分鐘；
[0032] (3)將上述獲得的混合粉末進行烘干，烘干后倒入V型混料設(shè)備中進行干法混合， 混合8小時，轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/分鐘。
[0033] (4)采用2mm厚侶合金制備〇230mmX 200mm包套，總裝粉重量控制在14公斤~15公 斤。
[0034] (5)將混合好的粉末裝入包套中，要求粉末振實密度達到大于1.7g/cm3。
[00對 （6)將裝好包套的粉末進行物理燒結(jié)，壓力為200MPa，溫度470°C，時間1.5小時。
[0036] 不同制備條件下電子封裝材料主要性能見表1。
[0037] 表1不同成分電子封裝材料主要性能對比
[0039] 表1的數(shù)據(jù)說明本發(fā)明方法制備的電子封裝材料低密度、高散熱系數(shù)，線膨脹系數(shù) 可控和易于焊接。
[0040] W上實施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當理解，參照上述實施例可W對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，運些 未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請待批的權(quán)利要求保護范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種電子封裝材料的制備方法，其特征在于，按照質(zhì)量百分比計，所述封裝材料包括 氧化石墨烯為2%，SiC顆粒為50 %，余量為鋁合金粉末，所述鋁合金粉末含含55 %Al-40Si， 15%Al-5Ti-B，15%Al-0.2Be和15%A1粉末，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)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子封裝材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)依 次采用濕法混合和干法混合。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電子封裝材料的制備方法，其特征在于，所述濕法混合時 間為4~14h，攪拌速度為10~30轉(zhuǎn)/分鐘；所述干法混合時間為4~14h，攪拌速度為10~30 轉(zhuǎn)/分鐘。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電子封裝材料的制備方法，其特征在于，所述濕法混合時 間為10h，攪拌速度為20轉(zhuǎn)/分鐘;所述干法混合時間為8h，攪拌速度為20轉(zhuǎn)/分鐘。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子封裝材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的 材料為LF21鋁合金。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子封裝材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中 物理燒結(jié)的壓力為90MPa~300MPa，溫度為400°C~500°C，時間為30分鐘~2小時。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電子封裝材料的制備方法，其特征在于，所述壓力為 200MPa，溫度為470 °C，時間為1.5小時。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電子封裝材料的制備方法，由基體和增強體組成，基體包括鋁合金，增強體包括氧化石墨烯和SiC顆粒，按照質(zhì)量百分比計，氧化石墨烯為2％，SiC顆粒為50％，余量為鋁合金粉末；鋁合金粉末含55％Al-Si，15％Al-Ti-B，15％Al-Be和15％Al粉末。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，從而大幅度提高軍用電子設(shè)備的綜合性能，適用于便攜式器件、航空航天和其他對重量敏感領(lǐng)域的軍用功率混合電路，微波管的載體、多芯片組件的熱沉和超大功率模塊封裝材料的生產(chǎn)制備。
【IPC分類】C22C21/00, C22C1/05, C22C32/00, C22C30/00, H01L21/48, C22C1/10, C22C29/06
【公開號】CN105603262
【申請?zhí)枴緾N201510971756
【發(fā)明人】黃粒, 王旭東, 李炯利, 王勝強, 張顯峰
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月22日