CN106702218A

CN106702218A - 一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106702218A
Application number: CN201611026262.0A
Authority: CN
Inventors: 李振民; 刘干; 孟庆宇
Original assignee: Beijing Hang Hang New Material Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Baohang New Materials Co., Ltd.
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-05-24

Abstract

本发明提供一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法，该材料由基材和增强材料组成，基材包括铝粉末，增强材料包括SiC颗粒，按照质量百分比计，SiC颗粒为40％～60％，余量为铝粉末。本发明提供的热等压法制备的复合材料，焊接性能好，生产成本低，容易实现工业化制备，同时操作工艺简便，原料的利用率高，制得的材料满足热导率和热膨胀系数的要求。

Description

一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种封装材料，具体涉及一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法。

背景技术

电子封装材料是集成电路的密封体，它不仅是芯片的支撑体而且还是保护体，使其避免大气中的水汽、杂质及各种化学气氛的污染和侵蚀，从而使集成电路芯片能稳定地发挥正常的电气功能，所以封装材料对电子器件和电路的热性能乃至可靠性起着举足轻重的作用。现在，电子封装材料行业已成为半导体行业中的一个涉及化学、电学、热力学、机械和工艺设备等多种学科的重要分支。

作为金属基复合材料的增强物的SiC颗粒具有高模量、高硬度、低热膨胀、高热导率、来源广泛和成本低廉等优点。Al具有低密度、高热导率(170-220W/m·K)价格低廉以及热加工容易等优点。鉴于以上因素，和电子封装材料必须具备低且与基板的热膨胀系数(CTE)匹配，高的热导率，高刚度，低密度，及低成本等特性，将二者复合而成的颗粒增强铝基复合材料具有Al和SiC二者的优点，几乎具备了理想封装材料的所有性能要求，这使得SiC/Al复合材料成为电子封装用金属基复合材料中的佼佼者，潜在的应用范围十分广阔。

现有的SiC/Al复合材料电子封装材料采用的渗浸法在导热性能、制造工艺和焊接性能上均存在不足，难以采用现有封装焊接进行焊接，大大制约了该类材料的应用。

发明内容

本发明提供一种导热性能高，热膨胀系数合适的铝基碳化硅复合电子封装材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝基碳化硅复合材料，该复合材料由基材和增强材料组成，基材包括铝和铝合金粉末，增强材料包括SiC颗粒，按照体积百分比计，SiC颗粒为40％～60％，余量为铝粉末末。

一种铝基碳化硅复合材料的第一优选方案，按质量百分比计，铝粉末中铝含量≥99.99％，其余不可避免的杂质。

一种铝基碳化硅复合材料的第二优选方案，SiC颗粒的粒径为20～25μm。

一种铝基碳化硅复合材料的第三优选方案，按质量百分比计，SiC颗粒包括SiC：99.21％，C：0.11％，Fe₂O₃：0.13％，余量为不可避免的杂质。

一种铝基碳化硅复合材料的制备方法如下：

(1)混合SiC颗粒和铝粉末；

(2)制备包套，真空除气；

(3)热等静压制备复合材料。

一种铝基碳化硅复合材料的制备方法的第一优选方案，于750～900转/分钟搅拌速度下混合0.5～1.5h。

一种铝基碳化硅复合材料的制备方法的第二优选方案，按质量百分比计，步骤(2)的包套材料由下述组份制得：Cu：0.15～0.4％，Mn：0.15％，Mg：0.8～1.2％，Zn：0.25％，Cr：0.04～0.35％，Ti：0.15％，Si：0.4～0.8％，Fe：0.7％，余量为Al。

一种铝基碳化硅复合材料的制备方法的第三优选方案，包套为上端设有进料口的直径大于排气孔圆柱体。

一种铝基碳化硅复合材料的制备方法的第四优选方案，步骤(2)中真空除气步骤：室温冷抽至1Pa后，放入除气炉中，300℃下保温2h，500℃和2×10^-3Pa真空度下，保温6h。

一种铝基碳化硅复合材料的制备方法的第五优选方案，于440～630℃和80～160MPa压力下热等静压3～5h。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果如下：

1、焊接性能好。本发明提供的技术方案获得的电子封装材料不仅具备SiC/Al基复合电子封装材料导热系数高和成本低廉的优点，同时改变了以往SiC/Al基复合电子封装材料机加工困难、难以焊接的缺点。

2、生产成本低，容易实现工业化制备，同时操作工艺简便，原料的利用率高，制得材料满足热导率和热膨胀系数的要求。与现在常用的压力渗透的方法相比，本发明的热等静压温度较低，减少了新相，即碳化铝的形成，从而改善了复合材料的性能。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

按体积分数计，SiC颗粒为40％～60％，余量为铝粉末。制备步骤如下：

将铝粉末和烘干后的碳化硅粉依次放入混料机中混粉。取出一定量的混合粉装入预先制备好的铝合金包套中。对装有混合粉的铝合金包套进行真空除气和热等静压处理，最终制得所需要的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。

真空除气步骤：室温冷抽至1Pa后，放入除气炉中升温至300℃，保温2h，继续升温至500℃，待真空度达到2×10^-3Pa后，保温6h。

包套材料按质量百分比计由下述组份制得：Cu：0.15～0.4％，Mn：0.15％，Mg：0.8～1.2％，Zn：0.25％，Cr：0.04～0.35％，Ti：0.15％，Si：0.4～0.8％，Fe：0.7％，余量为Al。包套为圆柱体，上端包括进料口和排气孔，进料口的直径大于排气孔。

不同成分铝基碳化硅复合材料主要性能见表1，表中的百分含量均为质量分数。

表1不同成分电子封装材料主要性能对比

以SiC体积含量为50％，余量为铝粉末为例，不同工艺条件下制备复合材料，如表2所示：

表2为不同工艺条件下制备的复合材料的主要性能对比

表1和2的数据说明本发明方法制备的铝基碳化硅复合材料高散热系数，线膨胀系数可控和易于焊接。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种铝基碳化硅复合材料，该复合材料由基材和增强材料组成，所述基材包括铝和铝合金粉末，所述增强材料包括SiC颗粒，其特征在于，按体积百分比计，所述SiC颗粒为40％～60％，余量为铝粉末末。

2.根据权利要求1所述的一种铝基碳化硅复合材料，其特征在于，按质量百分比计，所述铝粉末中铝含量≥99.99％，其余不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的一种铝基碳化硅复合材料，其特征在于，所述SiC颗粒的粒径为20～25μm。

4.根据权利要求3所述的一种铝基碳化硅复合材料，其特征在于，按质量百分比计，所述SiC颗粒包括SiC：99.21％，C：0.11％，Fe₂O₃：0.13％，余量为不可避免的杂质。

5.一种权利要求1～4任一所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：

(1)混合SiC颗粒和铝粉末；

(2)制备包套，真空除气；

(3)热等静压制备所述复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，于750～900转/分钟搅拌速度下混合0.5～1.5h。

7.根据权利要求5所述的一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述步骤(2)的包套材料由下述组份制得：Cu：0.15～0.4％，Mn：0.15％，Mg：0.8～1.2％，Zn：0.25％，Cr：0.04～0.35％，Ti：0.15％，Si：0.4～0.8％，Fe：0.7％，余量为Al。

8.根据权利要求5所述的一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述包套为上端设有进料口的直径大于排气孔圆柱体。

9.根据权利要求5所述的一种碳纳米管增强铝碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中真空除气步骤：室温冷抽至1Pa后，放入除气炉中，300℃下保温2h，500℃和2×10^-3Pa真空度下，保温6h。

10.根据权利要求5所述的一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，于440～630℃和80～160MPa压力下热等静压3～5h。