CN105789145A - 一种新型电子封装复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型电子封装复合材料及其制备方法。其制备成分和方法如下：先将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨，用高速搅拌机搅拌后放入烘箱中烘干，过筛，筛去块状物和大颗粒，然后装入模具中，进行模压成型，再放入马弗炉中进行烧制，得预制件，最后将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得。本发明的新型电子封装复合材料热导率高，具有很好的散热性能，同时其热膨胀系数较低，结构和性能稳定。

Description

一种新型电子封装复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种新型电子封装复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科技革命，经济的迅猛发展，半导体技术和新材料都发生了重大的变革。微电子材料正向着微型化和高密度花发展，从而使得其功率更高，产生热量更大，这样就直接导致了电路的不断快速升温，若温度无法下降，则会直接影响其工作效率和安全性，若是长时间如此工作，也会大大缩减其使用寿命。因此，如何解决使半导体材料及时散热的问题成了其发展的必经之路。而电子封装材料成为了一个突破口，为了满足半导体材料轻质化和小型化的发展，电子封装材料必须具备以下特点：优异的导热性能、较低的热膨胀系数、一定的强度和硬度、良好的气密性和较低的生产成本等。目前传统的电子封装材料主要有金属及合金电子封装材料、陶瓷电子封装材料和高分子类电子封装材料。金属及合金电子封装材料具有热膨胀系数低和加工性能好的优点，但又有热导率较低和密度较大的缺点。陶瓷电子封装材料的热膨胀系数低、耐老化、耐腐蚀、密度小，但是加工困难，成本高。高分子封装材料具有密度低、成本低和易于加工的优点，但是热膨胀系数高、热导率低且不耐高温。因此，研究开发一种新型的，能满足现代半导体材料发展方向的封装材料对于半导体技术的不断发展具有重要的意义。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种新型电子封装复合材料，热导率高，具有很好的散热性能，同时其热膨胀系数较低，结构和性能稳定。
技术方案：一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅60-80份、玉米淀粉5-10份、麦芽糊精粉5-10份、碳酰胺2-5份、天然木蜡0.1-0.2份、芥酸酰胺0.2-0.5份、6061铝合金30-50份、高纯铝5-10份、纳米二氧化硅0.1-0.3份、热塑性聚酰亚胺4-8份、聚乙烯醇缩甲醛2-5份、水性聚氨酯5-10份、特丁基对苯二酚0.2-0.5份、碳酸钙0.1-0.3份、水30-50份。
进一步优选的，所述的一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅65-75份、玉米淀粉6-9份、麦芽糊精粉6-9份、碳酰胺3-4份、天然木蜡0.11-0.16份、芥酸酰胺0.3-0.4份、6061铝合金35-45份、高纯铝6-9份、纳米二氧化硅0.15-0.25份、热塑性聚酰亚胺5-7份、聚乙烯醇缩甲醛3-4份、水性聚氨酯6-9份、特丁基对苯二酚0.3-0.4份、碳酸钙0.15-0.25份、水35-45份。
上述新型电子封装复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨1-3小时；
步骤2：用高速搅拌机搅拌10-30分钟后放入烘箱中在温度80-100℃下烘干；
步骤3：过筛，筛去块状物和大颗粒；
步骤4：装入模具中，进行模压成型，压力为150-200MPa；
步骤5：放入马弗炉中，在1200-1400℃下进行烧制，得预制件；
步骤6：将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为7-10MPa，浸渗温度为750-850℃。
进一步优选的，步骤1中球磨时间为1.5-2.5小时。
进一步优选的，步骤2中搅拌时间为15-25分钟，烘箱温度为85-95℃。
进一步优选的，步骤4中压力为160-190MPa。
进一步优选的，步骤5中烧制温度为1250-1350℃。
进一步优选的，步骤6中浸渗压力为8-9MPa，浸渗温度为800℃。
有益效果：本发明的新型电子封装复合材料的密度在3.1-3.2g/cm3之间，热导率高，最高可达156.6W/(m·k)，具有很好的散热性能，同时其热膨胀系数较低，可低至6.8×10-6K-1，具有稳定的结构和性能。
具体实施方式
实施例1
一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅60份、玉米淀粉5份、麦芽糊精粉5份、碳酰胺2份、天然木蜡0.1份、芥酸酰胺0.2份、6061铝合金30份、高纯铝5份、纳米二氧化硅0.1份、热塑性聚酰亚胺4份、聚乙烯醇缩甲醛2份、水性聚氨酯5份、特丁基对苯二酚0.2份、碳酸钙0.1份、水30份。
上述新型电子封装复合材料的制备方法为：先将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨1小时，用高速搅拌机搅拌10分钟后放入烘箱中在温度80℃下烘干，过筛，筛去块状物和大颗粒，然后装入模具中，进行模压成型，压力为150MPa，再放入马弗炉中，在1200℃下进行烧制，得预制件，最后将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为7MPa，浸渗温度为750℃。
实施例2
一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅70份、玉米淀粉7.5份、麦芽糊精粉7.5份、碳酰胺3.5份、天然木蜡0.15份、芥酸酰胺0.35份、6061铝合金40份、高纯铝7.5份、纳米二氧化硅0.2份、热塑性聚酰亚胺6份、聚乙烯醇缩甲醛3.5份、水性聚氨酯7.5份、特丁基对苯二酚0.35份、碳酸钙0.2份、水40份。
上述新型电子封装复合材料的制备方法为：先将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨2小时，用高速搅拌机搅拌20分钟后放入烘箱中在温度90℃下烘干，过筛，筛去块状物和大颗粒，然后装入模具中，进行模压成型，压力为175MPa，再放入马弗炉中，在1300℃下进行烧制，得预制件，最后将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为8.5MPa，浸渗温度为800℃。
实施例3
一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅80份、玉米淀粉10份、麦芽糊精粉10份、碳酰胺5份、天然木蜡0.2份、芥酸酰胺0.5份、6061铝合金50份、高纯铝10份、纳米二氧化硅0.3份、热塑性聚酰亚胺8份、聚乙烯醇缩甲醛5份、水性聚氨酯10份、特丁基对苯二酚0.5份、碳酸钙0.3份、水50份。
上述新型电子封装复合材料的制备方法为：先将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨3小时，用高速搅拌机搅拌30分钟后放入烘箱中在温度100℃下烘干，过筛，筛去块状物和大颗粒，然后装入模具中，进行模压成型，压力为200MPa，再放入马弗炉中，在1400℃下进行烧制，得预制件，最后将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为10MPa，浸渗温度为850℃。
实施例4
一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅65份、玉米淀粉6份、麦芽糊精粉6份、碳酰胺3份、天然木蜡0.11份、芥酸酰胺0.3份、6061铝合金35份、高纯铝6份、纳米二氧化硅0.15份、热塑性聚酰亚胺5份、聚乙烯醇缩甲醛3-4份、水性聚氨酯6份、特丁基对苯二酚0.3份、碳酸钙0.15份、水35份。
上述新型电子封装复合材料的制备方法为：先将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨1.5小时，用高速搅拌机搅拌15分钟后放入烘箱中在温度85℃下烘干，过筛，筛去块状物和大颗粒，然后装入模具中，进行模压成型，压力为160MPa，再放入马弗炉中，在1250℃下进行烧制，得预制件，最后将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为8MPa，浸渗温度为800℃。
实施例5
一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅75份、玉米淀粉9份、麦芽糊精粉9份、碳酰胺4份、天然木蜡0.16份、芥酸酰胺0.4份、6061铝合金45份、高纯铝9份、纳米二氧化硅0.25份、热塑性聚酰亚胺7份、聚乙烯醇缩甲醛4份、水性聚氨酯9份、特丁基对苯二酚0.4份、碳酸钙0.25份、水45份。
上述新型电子封装复合材料的制备方法为：先将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨2.5小时，用高速搅拌机搅拌25分钟后放入烘箱中在温度95℃下烘干，过筛，筛去块状物和大颗粒，然后装入模具中，进行模压成型，压力为190MPa，再放入马弗炉中，在1350℃下进行烧制，得预制件，最后将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为9MPa，浸渗温度为800℃。
对比例1
本实施例与实施例5的区别在于以玉米淀粉代替碳酰胺。具体地说是：
一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅75份、玉米淀粉13份、麦芽糊精粉9份、天然木蜡0.16份、芥酸酰胺0.4份、6061铝合金45份、高纯铝9份、纳米二氧化硅0.25份、热塑性聚酰亚胺7份、聚乙烯醇缩甲醛4份、水性聚氨酯9份、特丁基对苯二酚0.4份、碳酸钙0.25份、水45份。
上述新型电子封装复合材料的制备方法为：先将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨2.5小时，用高速搅拌机搅拌25分钟后放入烘箱中在温度95℃下烘干，过筛，筛去块状物和大颗粒，然后装入模具中，进行模压成型，压力为190MPa，再放入马弗炉中，在1350℃下进行烧制，得预制件，最后将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为9MPa，浸渗温度为800℃。
对比例2
本实施例与实施例5的区别在于不含有热塑性聚酰亚胺。具体地说是：
一种新型电子封装复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅75份、玉米淀粉9份、麦芽糊精粉9份、碳酰胺4份、天然木蜡0.16份、芥酸酰胺0.4份、6061铝合金45份、高纯铝9份、纳米二氧化硅0.25份、聚乙烯醇缩甲醛4份、水性聚氨酯9份、特丁基对苯二酚0.4份、碳酸钙0.25份、水45份。
上述新型电子封装复合材料的制备方法为：先将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨2.5小时，用高速搅拌机搅拌25分钟后放入烘箱中在温度95℃下烘干，过筛，筛去块状物和大颗粒，然后装入模具中，进行模压成型，压力为190MPa，再放入马弗炉中，在1350℃下进行烧制，得预制件，最后将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为9MPa，浸渗温度为800℃。
下表为本发明的部分性能指标，我们可以看到，本发明材料的密度在3.1-3.2g/cm3之间，热导率高，最高可达156.6W/(m·k)，具有很好的散热性能，同时其热膨胀系数较低，可低至6.8×10-6K-1，具有稳定的结构和性能。
表1新型电子封装复合材料的性能指标
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
热膨胀系数/10-6（K-1） 7.1 7.0 6.9 6.8 7.0 7.8 7.2
热导率（W/(m·k)） 156.3 156.5 156.5 156.6 156.4 154.3 149.8
密度（g/cm3） 3.1 3.1 3.2 3.2 3.1 3.1 3.0

Claims (10)

1.一种新型电子封装复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：碳化硅60-80份、玉米淀粉5-10份、麦芽糊精粉5-10份、碳酰胺2-5份、天然木蜡0.1-0.2份、芥酸酰胺0.2-0.5份、6061铝合金30-50份、高纯铝5-10份、纳米二氧化硅0.1-0.3份、热塑性聚酰亚胺4-8份、聚乙烯醇缩甲醛2-5份、水性聚氨酯5-10份、特丁基对苯二酚0.2-0.5份、碳酸钙0.1-0.3份、水30-50份。
2.根据权利要求1所述的一种新型电子封装复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：碳化硅65-75份、玉米淀粉6-9份、麦芽糊精粉6-9份、碳酰胺3-4份、天然木蜡0.11-0.16份、芥酸酰胺0.3-0.4份、6061铝合金35-45份、高纯铝6-9份、纳米二氧化硅0.15-0.25份、热塑性聚酰亚胺5-7份、聚乙烯醇缩甲醛3-4份、水性聚氨酯6-9份、特丁基对苯二酚0.3-0.4份、碳酸钙0.15-0.25份、水35-45份。
3.如权利要求1所述的一种新型电子封装复合材料，其特征在于：所述碳化硅粒径为10-60μm。
4.如权利要求1所述的一种新型电子封装复合材料，其特征在于：所述高纯铝的铝含量为99.99%。
5.权利要求1至2任一项所述的一种新型电子封装复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将碳化硅、玉米淀粉、麦芽糊精粉、碳酰胺、天然木蜡、芥酸酰胺、纳米二氧化硅、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、水性聚氨酯、特丁基对苯二酚、碳酸钙和水混合，用球磨机进行球磨1-3小时；
步骤2：用高速搅拌机搅拌10-30分钟后放入烘箱中在温度80-100℃下烘干；
步骤3：过筛，筛去块状物和大颗粒；
步骤4：装入模具中，进行模压成型，压力为150-200MPa；
步骤5：放入马弗炉中，在1200-1400℃下进行烧制，得预制件；
步骤6：将预制件和6061铝合金、高纯铝进行真空压力浸渗即得，浸渗压力为7-10MPa，浸渗温度为750-850℃。
6.根据权利要求5所述的一种新型电子封装复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中球磨时间为1.5-2.5小时。
7.根据权利要求5所述的一种新型电子封装复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中搅拌时间为15-25分钟，烘箱温度为85-95℃。
8.根据权利要求5所述的一种新型电子封装复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中压力为160-190MPa。
9.根据权利要求5所述的一种新型电子封装复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤5中烧制温度为1250-1350℃。
10.根据权利要求5所述的一种新型电子封装复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤6中浸渗压力为8-9MPa，浸渗温度为800℃。
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