一种电子封装材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种封装材料的制备方法，具体设及侣合金基体，氧化石墨締和SiC颗 粒为增强体的电子封装材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 电子封装材料是指集成电路的密封体，它不仅对忍片具有机械支撑和环境保护作 用，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，从而使集成电路忍片能稳 定地发挥正常电气功能，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，电了封装材料行业已成为半导体行业中的一个重要分支，它已经广泛设及到化 学、电学、热力学、机械和工艺设备等多种学科。
[0003] 作为金属基复合材料的增强物，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合金具有低密度、高热导率（170-220W/m ? K)价格低廉 W及热加工容易等优点。综合W上因素，并考虑到电子封装材料必须具备很低的且与基板 匹配的热膨胀系数(CTE)，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 颗粒增强侣基复合材料后，材料具有了Al和SiC二者的优点，几乎代表了理想封装材料的所 有性能要求，运使得SiC/Al复合材料成为电子封装用金属基复合材料中最倍受瞩目，潜在 应用最广的复合材料。
[0004] 石墨締是世界上最坚固的材料(杨氏模量1.71Ta)，理论比表面积高达2630mVg， 具有良好的导热性(5000W/(m.k))和室溫下高速的电子迁移率(200000cmV(V.s))。同时， 其独特的结构使其具有完美的量子霍尔效应、独特的量子隧道效应、双极电场效应等特殊 的性质。由于石墨締优异的性能，极大的比表面积和较低的生产成本(相对于碳纳米管）；石 墨締各碳原子之间的连接非常柔初，当施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形来适应 外力，而不必使碳原子重新排列，运样就保持了结构的稳定。基于石墨締运些优良的性能， 如果将其添加在金属侣或铜中制成电子封装材料，将大大提高材料的电导率;石墨締密度 小，得到的复合材料的密度比金属基体低;热膨胀系数小；同时解决电子封装复合材料中的 界面润湿问题，有利于降低界面热阻；易于加工。因此，石墨締金属基复合材料对于电子封 装领域有广阔的应用前景。
[0005] 现有的SiC/Al复合材料电子封装材料主要采用渗浸法制造，其在导热性能，制造 工艺和焊接性能上均存问题，特别是难W采用我国现有封装焊接进行焊接，限制了该类材 料在我国有源相控阵雷达上的应用，需要一种新型的封装材料弥补传统材料的不足。石墨 締具备极佳的导热性，由石墨締和AVSiC复合形成的电子封装材料，不仅保持各自的性能 优势，大幅度提高了材料的导热性能，而且在制造工艺和焊接性能有了明显改善，将有望成 为新一代电子封装材料。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种线膨胀系数可控高导热可焊电子封装材料，是通过将一定比例氧 化石墨締、SiC和侣合金粉末的进行混合，再经过热物理烧结制备而成。采用本发明可制备 出密度低于3.1g/cm3,导热率大于180W/(m-K)的轻质电子封装材料，从而大幅度提高我国 有源相控阵雷达等军用电子设备的综合性能。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0008] -种电子封装材料，由基体和增强体组成，所述基体包括侣和侣合金粉末，所述增 强体包括氧化石墨締和SiC颗粒，按照质量百分比计，所述氧化石墨締为0.5 %~3%，所述 SiC颗粒为35%~65%，余量为侣合金粉末，所述侣合金粉末含55%Al-Si，15%Al-Ti-B， 15%A1-Be 和 15%A1 粉末。
[0009] -种电子封装材料的第一优选方案,A^Si合金粉末中Si的含量为30%~50%，所 述Al-Ti-B合金粉末中Ti的含量为4%~6%，所述Al-Be合金粉末中Be的含量为0.1%~ 0.3%。
[0010] 一种电子封装材料的第二优选方案,A^Si合金粉末中Si的含量为35%~45%，所 述M-Ti-B合金粉末中Ti的含量为4.5%~5.5%，所述Al-Be合金粉末中Be的含量为0.15% ~0.25%。
[0011] 一种电子封装材料的第=优选方案，Al-Si合金粉末中Si的含量为40%，所述Al-Ti-B合金粉末中Ti的含量为5%，所述Al-Be合金粉末中Be的含量为0.2%。
[0012] -种电子封装材料的第四优选方案，氧化石墨締为1%~2%，所述SiC颗粒为40% ~60%。
[0013] -种电子封装材料的第五优选方案，氧化石墨締为1.5%，所述SiC颗粒为50%。
[0014] -种电子封装材料的制备方法包括如下步骤：
[0015] (1)制备混合粉末；
[0016] (2)制备包套；
[0017] (3)物理烧结。
[0018] -种电子封装材料的制备方法的第一优选方案，步骤（1)依次采用湿法混合和干 法混合。
[0019] -种电子封装材料的制备方法的第二优选方案，湿法混合时间为4~14h，揽拌速 度为10~30转/分钟;所述干法混合时间为4~14h，揽拌速度为10~30转/分钟。
[0020] 一种电子封装材料的制备方法的第=优选方案，湿法混合时间为lOh，揽拌速度为 20转/分钟;所述干法混合时间为化，揽拌速度为20转/分钟。
[0021] -种电子封装材料的制备方法的第四优选方案，步骤(2)的材料为LF21侣合金。
[0022] -种电子封装材料的制备方法的第五优选方案，步骤（3)中物理烧结的压力为 90MPa~300MPa，溫度为400°C~500°C，时间为30分钟~2小时。
[0023] 一种电子封装材料的制备方法的第六优选方案，压力为200M化，溫度为470°C，时 间为1.5小时。
[0024] 与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果如下：
[0025] 1、材料设计性强，可根据需要制备系列产品。本发明采用粉末冶金方式，可实现材 料各项物理性能，特别是线膨胀系数可根据材料组成进行设计。
[0026] 2、焊接性能好。本发明制备的电子封装材料，通过调节SiC颗粒尺寸，侣合金粉末 成分，W及在材料加入石墨締材料，使得采用本发明所述制备方法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 W往SiC/Al 基复合电子封装材料机加工困难、难W焊接的缺点，使其特别适合目前我国电子工业工艺 现状，对改善我国有源相控阵雷达等军用电子器件的可靠性及集成化程度有重要意义，达 到国际领先水平
[0027] 3、生产成本低，容易实现工业化制备，同时操作工艺简便，利于生产控制。因此，本 发明采用低成本的碳化娃颗粒侣基电子封装复合材料用于航空航天微波等电子器件及模 块的封装壳体或底座，不仅会产生显著的军事效益，还将带来可观的经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
[0028] 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。
[0029] 按质量分数计，氧化石墨締为2%，SiC颗粒为50%，余量为侣合金粉末，所述侣合 金粉末含 55%Al-40Si，15%Al-5Ti-B，15%Al-0.2Be 和 15%A1 粉末。制备步骤如下：
[0030] (1)制备氧化石墨締的乙醇溶液:将1体积的氧化石墨締和10体积的乙醇混合并用 超声分散；
[0031] (2)将制备的氧化石墨締乙醇溶液，SiC颗粒，Al-Si侣合金粉末加入V型混料设备 中进行湿法混合，混合10小时，转速20转/分钟；
[0032] (3)将上述获得的混合粉末进行烘干，烘干后倒入V型混料设备中进行干法混合， 混合8小时，转速20转/分钟。
[0033] (4)采用2mm厚侣合金制备〇230mmX 200mm包套，总装粉重量控制在14公斤~15公 斤。
[0034] (5)将混合好的粉末装入包套中，要求粉末振实密度达到大于1.7g/cm3。
[00对 （6)将装好包套的粉末进行物理烧结，压力为200MPa，溫度470°C，时间1.5小时。
[0036] 不同制备条件下电子封装材料主要性能见表1。
[0037] 表1不同成分电子封装材料主要性能对比
[0039] 表1的数据说明本发明方法制备的电子封装材料低密度、高散热系数，线膨胀系数 可控和易于焊接。
[0040] W上实施例仅用W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W对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，运些 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。
【主权项】
1. 一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述封装材料包括 氧化石墨烯为2%，SiC颗粒为50 %，余量为铝合金粉末，所述铝合金粉末含含55 %Al-40Si， 15%Al-5Ti-B，15%Al-0.2Be和15%A1粉末，制备方法包括如下步骤： (1) 制备混合粉末； (2) 制备包套； (3) 物理烧结。2. 根据权利要求1所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1)依 次采用湿法混合和干法混合。3. 根据权利要求2所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，所述湿法混合时 间为4~14h，搅拌速度为10~30转/分钟；所述干法混合时间为4~14h，搅拌速度为10~30 转/分钟。4. 根据权利要求3所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，所述湿法混合时 间为10h，搅拌速度为20转/分钟;所述干法混合时间为8h，搅拌速度为20转/分钟。5. 根据权利要求1所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的 材料为LF21铝合金。6. 根据权利要求1所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中 物理烧结的压力为90MPa~300MPa，温度为400°C~500°C，时间为30分钟~2小时。7. 根据权利要求6所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，所述压力为 200MPa，温度为470 °C，时间为1.5小时。
【专利摘要】本发明提供一种电子封装材料的制备方法，由基体和增强体组成，基体包括铝合金，增强体包括氧化石墨烯和SiC颗粒，按照质量百分比计，氧化石墨烯为2％，SiC颗粒为50％，余量为铝合金粉末；铝合金粉末含55％Al-Si，15％Al-Ti-B，15％Al-Be和15％Al粉末。采用本发明可制备出密度低于3.1g/cm3，导热率大于180W/(m·K)的轻质电子封装材料，从而大幅度提高军用电子设备的综合性能，适用于便携式器件、航空航天和其他对重量敏感领域的军用功率混合电路，微波管的载体、多芯片组件的热沉和超大功率模块封装材料的生产制备。
【IPC分类】C22C21/00, C22C1/05, C22C32/00, C22C30/00, H01L21/48, C22C1/10, C22C29/06
【公开号】CN105603262
【申请号】CN201510971756
【发明人】黄粒, 王旭东, 李炯利, 王胜强, 张显峰
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月22日