CN109037165A - 一种铝基电子封装材料及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝基电子封装材料及其加工方法；所述材料的主要成分为(重量百分比)：铝20～80％，石墨烯0.01～15％，碳纳米管0.01～15％，同时含有其它成分2～70％，所述其它成分是选自金刚石、硅、钨、钼、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化锆、碳化钨、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化钛、氧化铝、氧化锆、硼化钛、硼化锆的至少一种或多种。其制备方法为：首先把所述成分的粉体均匀混合，混合均匀的粉体被螺旋推料器连续推入大轧辊表面凹槽内，在大轧辊和一组行星轧辊的轧制力作用下，把铝基合金粉体轧制为条带材，条带材进一步从成型模具挤出，得到所需形状材料。本方法可连续制备低热膨胀系数、高导热的封装材料。

Description

一种铝基电子封装材料及其加工方法
技术领域
本发明属于电子封装材料领域，具体涉及一种高散热效率、低热膨胀系数的铝基电子封装材料及其加工方法。
背景技术
目前，集成电路用半导体材料一般是Si或GaAs，由于集成电路的晶体管密度迅猛增加，导致了芯片的发热量急剧上升，由于封装材料与芯片之间热膨胀系数的不匹配而引起的热应力以及散热性能不佳而导致的热疲劳会引起集成电路失效。据统计，温度每升高10℃，GaAs或Si微波电路寿命就缩短为原来的1/3，鉴此，现代集成电路业越来越重视封装。
所谓封装是指支撑和保护半导体芯片和电子电路的基片、底板、外壳，同时还起着辅助散失电路工作中产生的热量的作用，用于封装的材料称为电子封装材料，作为理想的电子封装材料必须满足以下几个基本要求：(1)低的热膨胀系数，能与Si、GaAs芯片相匹配，以免工作时，两者热膨胀系数差异热应力而使芯片受损；(2)导热性能好，能及时将半导体工作产生的大量热量散发出去，保护芯片不因温度过高而失效；(3)气密性好，能抵御高温、高湿、腐蚀、辐射等有害环境对电子器件的影响；(4)强度和刚度高，对芯片起到支撑和保护的作用；(5)良好的加工成型和焊接性能，以便于加工成各种复杂的形状和封装；(6)性能可靠，成本低廉；(7)对于应用于航空航天领域及其他便携式电子器件中的电子封装材料的密度要求尽可能的小，以减轻器件的重量。目前所用的电子封装材料的种类很多，常用材料包括陶瓷、塑料、玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等。
铝的热导率高、质量轻、价格低、易加工，是常用的封装材料，但由于铝的热膨胀系数(CTE)与Si的线膨胀系数(CTE为4.1×10-6/K)和GaAs的线膨胀系数(CTE为5.8×10-6/K)相差较大，所以，器件工作时热循环所产生的较大热应力经常导致器件失效。而AlN的CTE为4.5×10-6/K、Al2O3的CTE为6.3×10-6/K、SiC的CTE为4.0×10-6/K、Si3N4的CTE为1.44×10-6/K、B4C的CTE为3.38×10-6/K、TiB2的CTE为4.6×10-6/K、金刚石的CTE为1.7×10-6/K、W的CTE为4.5×10-6/K、Mo的CTE为5.1×10-6/K，以上这些材料的线膨胀系数低，但导热性能差。如果把这些材料加入铝，制备成铝基复合材料，则同时兼有高导热和低热膨胀系数的优点，充分发挥了金属基体的高导热和第二相增强材料的低热膨胀系数的优点。目前工业中常用的铝基复合电子封装材料有高硅铝基复合材料和铝/SiC复合材料。例如0spray公司开发的CE7合金(Al-70％Si)热膨胀系数为6.8×10-6/K，热导率高达120W/(m·K)，密度为2.4g/cm3，比纯铝轻15％。碳化硅体积分数为70％的Al/SiC复合材料的热膨胀系数为4×10-6/K，热导率可达210W/(m·K)。
然而，随着超大规模集成电路的发展，对封装材料的散热性能提出了更高的要求，传统的Al/Si、Al/SiC复合材料的导热系数难以进一步提高，需要进一步发展新的高导热电子封装材料。另一方面，传统铝基电子封装复合材料的面临制备工艺复杂，成本高的问题。常用的铝基电子封装材料的制备工艺有熔炼铸造法、浸渗法、喷射沉积法和粉末冶金法等。由于第二相Si、SiC、金刚石、W、Mo、Al2O3等的熔点远远高于铝的熔点，且第二相与铝的密度相差甚大，熔铸法生产的铝基复合电子封装材料成分和组织不均匀，性能不稳定。浸渗法把熔融的铝液渗入第二相骨架预制件中，需要预制第二相骨架，生产工艺复杂，周期长、成本高。喷射沉积法利用高压惰性气流把熔化的铝液雾化，并向其中喷入加热的陶瓷颗粒，两相混合后共同沉积到预制的衬底上，由于喷射过程中流体不稳定，控制难度大，目前世界上只有极少数公司(例如Ospray公司)才掌握其产业化工艺，且该工艺生产流程长、工艺复杂、成本高。粉末冶金法则把铝粉和硅粉或碳化硅粉混合，采用热压烧结炉，装入模具后加热压缩成形，这种方法生产不连续，只能单炉间歇式生产，效率低，成本高。
发明内容
本发明的目的在于：鉴于现有电子封装材料散热效率有待提高和制备方法有待改进的原因，提出一种新型铝基电子封装复合材料及其加工方法。通过在铝基复合材料中同时加入石墨烯和碳纳米管来大幅度提高其导热性能。单层和多层石墨烯的热导率分别在5000W/mK和3000W/mK左右，其热导率远高于室温下铜(398W/mK)、银(427W/mK)、金(315W/mK)、铝(230W/mK)的热导率，甚至比金刚石(2000W/mK)更优。对于碳纳米管而言，理论上，室温下单根单壁碳纳米管沿着轴向的热导率高达6000W/mK，在实际测量中，当碳纳米管管径为9.8nm时，其导热系数可以超过2000W/mK。尽管石墨烯的导热系数远高于硅、碳化硅等，但实验研究表明，在碳化硅陶瓷中加入石墨烯，反而降低了其导热效率，这是由于石墨烯是二维材料，在其片层方向导热效率高，在片层之间的导热效率极低，因此，在陶瓷材料中单纯加入石墨烯不但不会提高其导热率，反而会降低其导热率，为了发挥石墨烯片层方向高导热率的优点，本发明提出了同时加入碳纳米管连通石墨烯片层，在石墨烯片层之间通过碳纳米管来导热，形成三维的导热网络，从而提高铝基复合材料导热效率的方法。
本发明的新型铝基电子封装复合材料由铝、石墨烯、碳纳米管以及选自金刚石、硅(Si)、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化硼(B4N)、碳化锆(ZrC)、碳化钨(WC)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、硼化钛(TiB2)、硼化锆(ZrB2)、钨(W)、钼(Mo)的至少一种或多种材料组成，可根据需要通过调整材料成分来调节其热膨胀系数、导热系数、强度、弹性模量等性能指标。同时，本发明专利提出了其制备方法，该方法能够连续制备线材、杆材、板材或型材，并能够通过二次或多次加工获得高质量产品，生产过程连续，生产效率高。
具体而言，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明涉及一种铝基复合电子封装材料，包含以下质量百分比含量的各组分：
铝20～80％，
石墨烯0.01～15％，
碳纳米管0.01～15％，
其它成分2～70％，
以及不可避免的杂质；
所述其它成分选自金刚石、硅(Si)、钨(W)、钼(Mo)、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、碳化锆(ZrC)、碳化钨(WC)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、硼化钛(TiB2)、硼化锆(ZrB2)中的至少一种或多种。
金刚石、硅(Si)、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、碳化锆(ZrC)、碳化钨(WC)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、硼化钛(TiB2)、硼化锆(ZrB2)、钨(W)、钼(Mo)的热膨胀系数与硅和砷化镓相近，可作为第二相引入铝基体，通过调整其含量来调节铝基复合材料的热膨胀系数、强度、弹性模量等性能参数，但这些材料的导热系数低(金刚石除外)，通过同时加入石墨烯和碳纳米管来提高其导热效率，从而获得低热膨胀系数、高导热率的铝基复合电子封装材料。
尽管石墨烯的热导率可达5000W/mK，但只是沿其片层方向具有高导热系数，沿其片层之间的导热率极低，与石墨的导热率相近，故单纯加入石墨烯无法增加铝基复合材料的散热效率。本发明通过同时加入具有高导热效率的碳纳米管，连通石墨烯片层，从而形成三维的立体散热网络，大幅度提高铝基复合电子封装材料的散热效率，并保持低的热膨胀系数和高强度。
第二方面，本发明涉及一种所述的铝基复合电子封装材料的加工成型装置，所述装置包括进料漏斗1、螺旋推料器2、大轧辊3、一组行星轧辊4、型槽封块5、型槽挡块6、挤压模腔7、挤压模具8和模座9；所述螺旋推料器2设置在进料漏斗1内，粉料经进料漏斗1由螺旋推料器2推入大轧辊3表面的周向凹槽内；所述行星轧辊4表面凸缘与大轧辊3表面的周向凹槽配合，所述行星轧辊4设于大轧辊3的右上方，位于进料漏斗1和型槽封块5之间，所述大轧辊3与行星轧辊4的旋转方向相反；所述型槽封块5位于大轧辊3外侧，与型槽挡块6、大轧辊3表面的周向凹槽三者一起形成了储料空间，经行星轧辊4与大轧辊3轧制成的坯料进入该储料空间；所述模座9安装于型槽封块5下方的空腔内，模座9的内腔用于安装挤压模具8，模座9内表面和挤压模具8组成挤压模腔7；所述型槽挡块6位于大轧辊3表面的周向凹槽与模座9的上表面之间，型槽挡块6的底部镶嵌于模座上表面，型槽挡块6的外凸部分伸入大轧辊3周向凹槽内。
经行星轧辊4轧制成的坯料进入由型槽封块5、型槽挡块6、大轧辊3表面的周向凹槽形成的储料空间；坯料流动到型槽挡块6前端后，在型槽挡块6的阻挡作用下，改变流动方向，进入挤压模腔7。所述挤压模具8安装于模座9内，用于把坯料挤压成所需形状，根据具体产品需求，挤压模具可以成形杆材、板材、管材或异型材。
优选的，所述型槽挡块6的外凸部分的上表面与大轧辊3表面的周向凹槽底部留有0.01-0.5mm的间隙。型槽挡块6的主要作用是阻挡坯料沿大轧辊3表面的周向凹槽的切向流动，迫使坯料进入挤压模腔7。设置型槽挡块的外凸部分的上表面与大轧辊表面的周向凹槽底部留有0.01-0.5mm的间隙，是为了避免型槽挡块与大轧辊相互干涉。
优选的，所述一组行星轧辊4中各行星轧辊的横截面形状均呈T形。
优选的，一组行星轧辊4中各行星轧辊的压下量沿坯料的行进方向依次增大。
第三方面，本发明还涉及一种所述的铝基复合电子封装材料的加工成型方法，所述方法包括如下步骤：
A、按所述质量百分比含量，将纯铝粉、石墨烯粉、碳纳米管粉，以及选自金刚石粉、硅粉、钨粉、钼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、碳化硼粉、碳化锆粉、碳化钨粉、氮化铝粉、氮化硅粉、氮化硼粉、氮化钛粉、氧化铝粉、氧化锆粉、硼化钛粉、硼化锆粉中的至少一种或多种粉末混合均匀；
B、混合均匀后的粉末被螺旋推料器连续推入大轧辊表面的周向凹槽内，大轧辊与一组行星轧辊同时旋转轧制粉末料，若干个行星轧辊的压下量从前往后依次增大，把粉末料逐步轧制成条状坯料；坯料在大轧辊摩擦力作用下，进入由大轧辊表面的周向凹槽、型槽封块和型槽挡块形成的储料空间，当坯料接触到型槽挡块后，型槽挡块阻止坯料继续沿大轧辊表面的周向凹槽切向运动，迫使坯料进入挤压模腔，最后从挤压模具中挤出成型。
所述步骤B中，混合均匀后的粉末进入所述的铝基复合电子封装材料的加工成型装置。
优选的，步骤A中，所有粉末材料的粒度均小于500微米。
优选的，步骤B中，首次加工前预热挤压模具至200～550℃。
优选的，步骤B中，从挤压模具中挤出成型的型材包括杆材、线材、板材、管材或异型材。
优选的，步骤B中，从挤压模具中挤出成型的杆材，再次通过大轧辊和行星轧辊挤入挤压模具，对杆材进行二次或多次挤压。从而进一步提高材料的密实度和组织的均匀性，得到客户所需高质量的材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)导热系数高，在铝基体中同时加入石墨烯和碳纳米管，通过碳纳米管连通石墨烯片层，形成三维的立体导热网络，大幅度提高其导热效率；
(2)强度、热膨胀系数等性能参数可调整，可根据实际需要通过加入不同的陶瓷粉末、金刚石粉末或钨粉、钼粉，调整其强度和热膨胀系数，与芯片的热膨胀系数匹配。
(3)采用本发明的加工方法，能够把不熔于铝的高温陶瓷材料、高温金属材料或金刚石等均匀加入铝基体；
(4)采用本发明的加工方法，能够实现粉末料的连续加工成型，获得大长度的线材、杆材、板材、管材或型材，通过大轧辊和行星轧辊连续把粉末料轧制为条状坯料，并同时把坯料挤入模腔，从挤压模挤出，获得所需形状材料；
(5)本发明的加工方法通过大轧辊、合金材料与型槽封块三者之间的摩擦力产生剧烈剪切变形，同时产生大量的热量，从而提高坯料温度，在加工过程中不需要加热模具，只需要在首次加工前预热挤压模具到200～550℃之间即可；
(6)本发明的加工方法能够直接在铝基体中加入任意类型陶瓷材料粉末或者高温金属粉末，例如碳化硅、氮化硅、氮化铝或钼粉和钨粉等，工艺过程控制简单，所制备的材料组织均匀、致密；
(7)本发明的加工方法与生产中常用的粉末冶金法相比，能够实现大长度材料加工，不需要加热；与喷射沉积法相比，工艺控制简单，不需要熔化合金，成本低；与熔铸法或熔渗法相比，成分和第二相分布均匀，不存在成分偏析和组织粗大等问题；
(8)为了提高材料的密实度和组织均匀性，可首先通过本发明的加工方法制备一定直径的铝基复合材料杆材，然后通过二次或多次挤压，提高材料的密实度和组织均匀性。
附图说明
图1为铝基复合电子封装材料的加工成型装置示意图；其中，1为进料漏斗，2为螺旋推料器，3为大轧辊，4为一组行星轧辊，5为型槽封块，6为型槽挡块，7为挤压模腔，8为挤压模具，9为模座。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段，创作特征，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，然而，本发明并不限于这些实施方式。
本发明的铝基复合电子封装材料，包含以下质量百分比含量的各组分：铝20～80％，石墨烯0.01～15％，碳纳米管0.01～15％，其它成分2～70％，以及不可避免的杂质；所述其它成分选自金刚石、硅(Si)、钨(W)、钼(Mo)、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、碳化锆(ZrC)、碳化钨(WC)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、硼化钛(TiB2)、硼化锆(ZrB2)中的至少一种或多种。
该铝基复合电子封装材料的加工成型装置，所述装置包括进料漏斗1、螺旋推料器2、大轧辊3、一组行星轧辊4、型槽封块5、型槽挡块6、挤压模腔7、挤压模具8和模座9所组成，如附图1所示，所述螺旋推料器2设置在进料漏斗1内，粉料经进料漏斗1由螺旋推料器2推入大轧辊3表面的周向凹槽内；所述行星轧辊4表面凸缘与大轧辊3表面的周向凹槽配合，所述行星轧辊4设于大轧辊3的右上方，位于进料漏斗1和型槽封块5之间，所述大轧辊3与行星轧辊4的旋转方向相反；所述型槽封块5位于大轧辊3外侧，与型槽挡块6、大轧辊3表面的周向凹槽三者一起形成了储料空间，经行星轧辊4与大轧辊3轧制成的坯料进入该储料空间；所述模座9安装于型槽封块5下方的空腔内，模座9的内腔用于安装挤压模具8，模座9内表面和挤压模具8组成挤压模腔7；所述型槽挡块6位于大轧辊3表面的周向凹槽与模座9的上表面之间，型槽挡块6的底部镶嵌于模座上表面，型槽挡块6的外凸部分伸入大轧辊3周向凹槽内。
螺旋推料器2可按照设定的速度把合金粉末推入大轧辊4表面周向凹槽，行星轧辊4的横截面形状呈T形，行星轧辊4的表面凸缘与大轧辊3表面周向凹槽配合，大轧辊3与行星轧辊4分别由不同的电机带动，同时做主动转动，二者旋转方向相反。大轧辊3表面凹槽内的合金粉末在大轧辊3和行星轧辊4轧制力的作用下被连续轧制为条状坯料，并在大轧辊的摩擦力作用下把坯料带入挤压模腔7，最终从挤压模具8挤出成所需形状的线材、杆材、板材、管材或型材。
在轧制和挤压过程中，型槽封块5一方面起封闭大轧辊表面凹槽的作用，另一方面用于安装挤压模具。型槽挡块6起阻挡合金材料沿大轧辊切向运动、强迫合金材料进入挤压模腔内的作用。由于型槽挡块6阻止合金材料沿大轧辊切向运动的作用，承受巨大的压力，易于磨损，故需要采用高强度高耐磨材料加工。
具体应用见以下各实施例：
实施例1
制备一种高导热铝基电子封装材料，成分为Al：40.98wt％，石墨烯：0.01wt％，碳纳米管：0.01wt％，金刚石：1wt％，Si：58wt％。原材料包括铝粉、石墨烯粉体、碳纳米管粉、金刚石粉和硅粉，采用螺旋混料机混料30min，螺旋推料器以300g/min的速度把混合粉末推入大轧辊表面凹槽，大轧辊和行星轧辊反向旋转，以200mm/min的线速度，挤压出直径为8mm的铝基电子封装复合杆材。为了进一步提高杆材密实度，把所得到的8mm杆材再次由大轧辊和行星轧辊导入模具，进行二次挤压，得到厚度为2mm，宽度为20mm的铝基复合材料板材。
实施例2
制备一种低热膨胀系数铝基电子封装材料，成分为Al：30wt％，石墨烯：15wt％，碳纳米管：15wt％，Si：20wt％，SiC：20wt％。原材料包括铝粉、石墨烯粉体、碳纳米管粉、硅粉和碳化硅粉，采用V型机混料40min，螺旋推料器以500g/min的速度把混合粉末导入进料漏斗，推入大轧辊表面凹槽，大轧辊和行星轧辊反向旋转，以500mm/min的线速度，首先挤压出直径为8mm的铝基电子封装复合杆材，为了进一步提高杆材密实度，把所得到的8mm杆材再次由挤压轮和压实轮导入模具，进行二次挤压，得到直径为8mm的铝基复合材料杆材，把该杆材进行三次挤压，把该直径为8mm的杆材第三次通过大轧辊和行星轧辊导入挤压模具，得到厚度为3mm，宽度为50mm的铝基电子封装材料板材。
实施例3
制备一种高导热铝基电子封装材料，成分为Al：80wt％，石墨烯：3wt％，碳纳米管：2wt％，钨：10wt％，钼：5wt％。原材料包括铝粉、石墨烯粉体、碳纳米管粉、钨粉和钼粉，采用球磨机混料60min，螺旋推料器以200g/min的速度把混合粉末推入大轧辊表面凹槽，大轧辊和行星轧辊反向旋转，以600mm/min的线速度，挤压出直径为8mm的铝基电子封装杆材。
实施例4
制备一种高导热铝基电子封装材料，成分为Al：50wt％，石墨烯：1wt％，碳纳米管：1wt％，氮化铝：20wt％，氮化硅：28wt％。原材料包括铝粉、石墨烯粉体、碳纳米管粉、氮化铝粉和氮化硅粉，采用球磨机混料50min，螺旋推料器以200g/min的速度把混合粉末推入大轧辊表面凹槽，大轧辊和行星轧辊反向旋转，螺旋推料器以600g/min的速度把混合粉末推入大轧辊表面凹槽，大轧辊和行星轧辊的线速度为1000mm/min，首先挤压出直径为12mm的铝基电子封装复合杆材，为了进一步提高杆材密实度，把所得到的12mm杆材再次由大轧辊和行星轧辊导入模具，进行二次挤压，得到直径为8mm的铝基复合材料杆材，把该杆材进行三次挤压，把该直径为8mm的杆材第三次通过大轧辊和行星轧辊导入挤压模具，得到壁厚为2mm，内径为5mm的铝基电子封装管材。
实施例5
制备一种高导热铝基电子封装材料，成分为Al：60wt％，石墨烯：10wt％，碳纳米管：10wt％，碳化硼：20wt％。原材料包括铝粉、石墨烯粉体、碳纳米管粉、碳化硼粉，采用球磨机混料2h，装入储料箱，挤压模具预热至350℃，螺旋推料器以700g/min的速度把混合粉末导入大轧辊表面型槽，大轧辊和行星轧辊以1500mm/min的线速度反向旋转，首先挤压出直径为10mm的铝基电子封装复合杆材，为了进一步提高杆材密实度，把所得到的12mm杆材再次由大轧辊和行星轧辊导入模具，进行二次挤压，得到直径为8mm的铝基复合材料杆材，把该杆材进行三次挤压，把该直径为8mm的杆材第三次通过大轧辊和行星轧辊导入挤压模具，得到壁厚为2mm，内径为5mm的铝基电子封装管材。
实施例6
制备一种低膨胀系数铝基电子封装材料，成分为Al：20wt％，石墨烯：1wt％，碳纳米管：1wt％，氧化铝：10wt％、碳化钨10wt％、碳化钛10wt％、金刚石10wt％、氮化硅5wt％、碳化硅5wt％、氮化硼5％、氧化锆5wt％、硼化钛5wt％、硼化锆5wt％、钨4wt％、钼4wt％。原材料包括铝粉、石墨烯粉，碳纳米管粉，氧化铝粉、碳化钨粉、碳化钛粉、金刚石粉、氮化硅粉、碳化硅粉、氮化硼粉、氧化锆粉、硼化钛粉、硼化锆粉、钨粉、钼粉，采用球磨机混料2h，装入储料箱，螺旋推料器以1000g/min的速度把混合粉末推入大轧辊表面型槽，大轧辊和行星轧辊的线速度为2000mm/min，首先挤压出直径为12mm的铝基电子封装复合杆材，为了进一步提高杆材密实度，把所得到的12mm杆材再次由大轧辊和行星轧辊导入模具，进行二次挤压，得到直径为10mm的铝基复合材料杆材，把该杆材进行三次挤压，把该直径为10mm的杆材第三次通过大轧辊和行星轧辊导入挤压模具，得到壁厚为1.5mm，内径为8mm的铝基电子封装管材。
对比例1
为了突出本发明专利的优点，说明同时添加碳纳米管与石墨烯的功效，在实施例1成分基础上，制备了对比例1，该材料仅含石墨烯，而不含碳纳米管，具体成分为：Al：40.99wt％，石墨烯：0.01wt％，金刚石：1wt％，Si：58wt％，制备方法与实施例1相同。
对比例2
为了突出发明专利的优点，说明同时添加碳纳米管与石墨烯的功效，在实施例1成分基础上，制备了对比例2，仅含碳纳米管，而不含石墨烯，具体成分为：Al：40.99wt％，碳纳米管：0.01wt％，金刚石：1wt％，Si：58wt％，制备方法与实施例1相同。
为了说明本发明材料的优异性能，测试了上述实施例1～6和对比例1、2的所制备材料线膨胀系数、导热系数和强度。其中，热膨胀系数按GB/T 4339-2008进行测定、导热系数按GB/T 3651-2008进行测定、抗拉强度按GB/T 228-2002进行测试，测试结果如表1所示。表中未测试纯硅抗拉强度，因为硅较为脆硬，一般测试压缩强度。
表1、性能测试
从表1中可以看出，采用本发明专利的实施实例1～6所制备的铝基电子封装材料的线膨胀系数接近于纯硅的线膨胀系数，而其导热系数远大于纯硅导热系数，而接近于纯铝的导热系数，这就实现了低膨胀系数、高导热能力的目的。同时，由表1可以看出，本发明专利所制备的材料的强度远大于纯铝的强度，这就可为芯片提供高强度的支撑框架。由表中对比例1和2可看出，如果仅添加石墨烯而不添加碳纳米管，或者仅天加碳纳米管而不添加石墨烯，都会降低其导热系数，这是由于无法形成三维散热网格所致。

Claims (9)

1.一种铝基复合电子封装材料，其特征在于，包含以下质量百分比含量的各组分：
铝20～80％，
石墨烯0.01～15％，
碳纳米管0.01～15％，
其它成分2～70％，
以及不可避免的杂质；
所述其它成分选自金刚石、硅、钨、钼、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化锆、碳化钨、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化钛、氧化铝、氧化锆、硼化钛、硼化锆中的至少一种或多种。
2.一种如权利要求1所述的铝基复合电子封装材料的加工成型装置，其特征在于，所述装置包括进料漏斗、螺旋推料器、大轧辊、一组行星轧辊、型槽封块、型槽挡块、模座、挤压模腔和挤压模具；所述螺旋推料器设置在进料漏斗内，粉料经进料漏斗由螺旋推料器推入大轧辊表面的周向凹槽内；所述行星轧辊表面凸缘与大轧辊表面的周向凹槽配合，所述行星轧辊设于大轧辊右上方，位于进料漏斗和型槽封块之间，所述大轧辊与行星轧辊的旋转方向相反；所述型槽封块位于大轧辊外侧，与型槽挡块、大轧辊表面的周向凹槽一起形成储料空间，经行星轧辊轧制成的坯料进入该储料空间；所述模座安装于型槽封块下方的空腔内，模座内部安装有挤压模具，模座内表面和挤压模具组成挤压模腔；所述型槽挡块位于大轧辊表面的周向凹槽与模座之间，型槽挡块的底部镶嵌于模座上表面，其外凸部分伸入大轧辊周向凹槽内。
3.如权利要求2所述的铝基复合电子封装材料的加工成型装置，其特征在于，所述型槽挡块的外凸部分的上表面与大轧辊表面的周向凹槽底部留有0.01-0.5mm的间隙。
4.如权利要求2所述的铝基复合电子封装材料的加工成型装置，其特征在于，所述行星轧辊横截面形状呈T形。
5.一种如权利要求1所述的铝基复合电子封装材料的加工成型方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、按所述质量百分比含量，将纯铝粉、石墨烯粉、碳纳米管粉，以及选自金刚石粉、硅粉、钨粉、钼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、碳化硼粉、碳化锆粉、碳化钨粉、氮化铝粉、氮化硅粉、氮化硼粉、氮化钛粉、氧化铝粉、氧化锆粉、硼化钛粉、硼化锆粉中的至少一种或多种粉末混合均匀；
B、混合均匀后的粉末被螺旋推料器连续推入大轧辊表面的周向凹槽内，大轧辊与一组行星轧辊同时旋转轧制粉末料，若干个行星轧辊的压下量从前往后依次增大，把粉末料逐步轧制成条状坯料；坯料在大轧辊摩擦力作用下，进入由大轧辊表面的周向凹槽、型槽封块和型槽挡块形成的储料空间，当坯料接触到型槽挡块后，型槽挡块阻止坯料继续沿大轧辊表面的周向凹槽切向运动，迫使坯料进入挤压模腔，最后从挤压模具中挤出成型。
6.如权利要求5所述的加工成型方法，其特征在于，步骤A中，所有粉末材料的粒度均小于500微米。
7.如权利要求5所述的加工成型方法，其特征在于，步骤B中，首次加工前预热挤压模具至200～550℃。
8.如权利要求5所述的加工成型方法，其特征在于，步骤B中，从挤压模具中挤出成型的型材包括杆材、线材、板材、管材或异型材。
9.如权利要求5所述的加工成型方法，其特征在于，步骤B中，从挤压模具中挤出成型的杆材，再次通过大轧辊和行星轧辊挤入挤压模具，对杆材进行二次或多次挤压。
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