CN100577768C - 一种电子封装材料 - Google Patents
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Abstract
一种以纳米铝为基体，以纳米碳管作为添加剂，其中纳米碳管所占体积比为5～35%材料的应用，其特征在于：用所述材料作为电子封装材料。本发明的优点是：此复合材料可与半导体硅同步热膨胀，避免了半导体硅与铝基封装材料之间形成热应力及热裂纹，作为电子封装材料性能优良；材料成本低，具有极其广阔的应用前景。
Description
技术领域：
本发明涉及材料科学，特别提供了一种电子封装材料。
背景技术：
电子封装材料主要作用是机械支持、密封保护、散失电子元器件的热量等。它是属于低膨胀高导热材料，其性能要求为：(1)有较高的热导率，散热迅速，以防器件升温过高而失效；(2)一定的热膨胀系数，通常要求与器件的热膨胀系数(CTE)相匹配(主要是与Si和GaAs)；(3)一定的机械性能。随着航空航天、大规模集成电路、军事通讯等方面的不断发展，传统的单质电子封装材料已经满足不了这些领域的要求。而复合材料，特别是金属基复合材料作为电子封装材料有着其他封装材料所不具备的优点：(1)设计自由度大；(2)该类材料的热膨胀系数低，可以作到同电子器件材料的相匹配，同时又有高的导热率和低的密度；(3)具有相对好的机械性能；(4)材料制造灵活，生产费用不高，价格正在不断地降低。正因如此，现在研究热膨胀系数与陶瓷材料、半导体材料相匹配的高导热率的金属基复合材料以用于电子器件，已成为金属基复合材料发展最重要的方向之一。人们期待性能更好的电子封装材料出现。
发明内容：
本发明的目的是提供一种新型的电子封装材料。
本发明一种电子封装材料，其特征在于：以纳米金属(重点是纳米铝)为基体制成。相对于粗晶金属而言，使用纳米金属作为基体与纳米添加剂配合能在一定程度上降低电子封装材料的热膨胀系数。
本发明电子封装材料，其特征在于：所述电子封装材料以纳米金属(重点是纳米铝)为基体，以纳米碳管作为添加剂制成。向金属基中加入低热膨胀系数的添加剂可以降低其热膨胀系数；由于纳米碳管具有高热导率、比强度、比刚度和接近于零的热膨胀系数，所以其可以被用作一种有效的添加剂。本发明在纳米金属基体中添加纳米碳管作为添加剂，形成双纳米复合结构，这样可以使得纳米金属基体与纳米碳管二者之间具有较大的界面体积分数，大幅度降低材料的热膨胀系数，使其成为与半导体硅同步热膨胀材料，从而有效避免半导体硅与电子封装材料之间的热应力及热裂纹，因此其可以用作性能优异的电子封装材料。
本发明电子封装材料，其特征在于：所述电子封装材料组成成分及含量为：纳米碳管：体积比5～35％；纳米铝：余量。以上所述是效果较好时，材料成分的配比方案。
本发明电子封装材料，其特征在于：所述电子封装材料组成成分及含量为：纳米碳管：体积比5～20％；纳米金属：余量。这一含量范围是优选，效果更佳。
本发明电子封装材料，其特征在于：所述电子封装材料以纳米铝为基体。金属铝的热导率较高(230W/(m.K))，热膨胀系数也高(23×10-6/K)；将其加入的增强体是热膨胀系数低、导热性能好的材料。铝基材料不仅具有比强度、比刚度高等特点，而且导热性能好、同时，铝是除铁之外最常用、最廉价的金属材料，作为电子封装元器件的选材，具有很好的开发应用潜力。相对于普通粗晶铝而言，纳米铝基体的电子封装材料性能也有所改善。
本发明电子封装材料，其特征在于：所述电子封装材料以纳米铝为基体，以纳米碳管作为添加剂制成。目前，降低铝的热膨胀系数的主要方法是向铝基中加入低热膨胀系数的添加剂。研究证明，由于纳米碳管具有高热导率、比强度、比刚度和接近于零的热膨胀系数，其可以作为一种有效添加剂用于添加到纳米铝基体中用于制作电子封装材料。铝基复合材料线膨胀系数可调、密度较低；在这里，纳米铝基体和纳米碳管形成双纳米复合结构，二者相互适应，使得界面体积分数明显增大，使该电子封装材料成为与半导体硅同步热膨胀材料，从而有效避免半导体硅与铝基封装材料之间的热应力及热裂纹，因此其可以用作性能优异的电子封装材料。
本发明电子封装材料，其特征在于：所述电子封装材料组成成分及含量为：纳米碳管：体积比0～35％；纳米铝：余量。以上所述是效果较好时的一种材料配比方案。
本发明电子封装材料，其特征在于：所述电子封装材料组成成分及含量为：纳米碳管：体积比10～20％；纳米金属：余量。以上所述是效果更优的优选含量范围。
本发明的优点是：
1、作为电子封装材料，性能优良：由于所制成的材料与半导体硅能实现完全同步的热膨胀，避免了半导体硅与铝基封装材料之间形成热应力及热裂纹，因此其可以用作性能优异的电子封装材料；
2、材料成本低，以铝基作为基体材料。
附图说明：
图1纳米铝粉与纳米碳管添加剂混合的透射电镜照片；
图2纳米铝基体添加不同含量纳米碳管复合材料的热膨胀系数图；
具体实施方式：
实施例1
用半连续氢电弧法和活性氢等离子蒸发法分别制备出单壁纳米碳管和纳米Al粉体，然后将提纯后的碳管与纳米Al粉体按比例经湿法超声波分散混合，在室温下冷压成型，再经380℃真空热压处理，制备出碳管含量为2.5wt.％的、致密度大于95％的块体复合材料样品。在20℃～250℃测试了复合材料的热膨胀系数为11×10-6/K～18×10-6/K。
实施例2
用半连续氢电弧法和活性氢等离子蒸发法分别制备出单壁纳米碳管和纳米Al粉体，然后将提纯后的碳管与纳米Al粉体按比例经湿法超声波分散混合，在室温下冷压成型，再经380℃真空热压处理，制备出碳管含量为5wt.％的、致密度大于95％的块体复合材料样品。在20℃～250℃测试了复合材料的热膨胀系数为8×10-6/K～12×10-6/K。
实施例3
用半连续氢电弧法和活性氢等离子蒸发法分别制备出单壁纳米碳管和纳米Al粉体，然后将提纯后的碳管与纳米Al粉体按比例经湿法超声波分散混合，在室温下冷压成型，再经380℃真空热压处理，制备出碳管含量为17.5wt.％的、致密度大于95％的块体复合材料样品。在20℃～250℃测试了复合材料的热膨胀系数为5×10-6/K～7×10-6/K。
Claims (1)
1、一种以纳米铝为基体，以纳米碳管作为添加剂，其中纳米碳管所占体积比为5～35％材料的应用，其特征在于：用所述材料作为电子封装材料。
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