[发明专利]电子封装用金刚石增强金属基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料技术领域，具体地说，涉及的是一种电子封装用金刚石增强金属基复合材料及其制备方法。

背景技术

电子封装是把构成电子器件或集成电路的各个部件按规定的要求实现合理布置、组装、键合、连接、与环境隔离和保护的操作工艺，它要求所使用的封装材料既有高的导热率，又有低的热膨胀率，而且起到机械支撑、电气连接、物理保护、外场屏蔽、应力缓和、散热防潮、尺寸过渡以及稳定元件参数的作用。在微电子技术高速发展的今天，半导体集成电路封装密度越来越大，目前常用的电子封装材料其热导率和热膨胀系数远远不能满足目前集成电路和芯片技术的发展需求，因此新型电子封装材料的研制已成为发展电子器件的关键之一。目前，各种新型封装材料已成为各国竞相研发的热点，新型微电子封装材料不仅要有高的热导率，而且还必须具有与半导体材料相匹配的热膨胀系数。目前常用的AlN、Al₂O₃、SiC、Cu-W、Cu-Mo、Al-SiC等材料，它们的热膨胀系数可以满足电子封装材料的需求，与Si、GaAs等半导体材料热膨胀系数相匹配，但热导率却远远不能满足。金刚石是已知自然界中热导率最高的物质，单晶金刚石的热导率可达到2000W/(m·K)，且室温下金刚石是绝缘体，其在半导体、光学等方面也具有很多优良特性，但单一的金刚石不易制作成封装材料，且成本很高，较理想的是用其做成金属基复合材料。在1995年，美国Lawrence Livermore国家实验室与SunMicrosystems公司合作开发了金刚石/铜复合材料，称之为Dymalloy，其热导率达到420W/(m·K)，25℃～200℃时的CTE为(5.48～6.50)×10^-6/K，与GaAs、Si的热膨胀系数相匹配，作为多芯片模块(MCM)的基板使用，但制备工艺复杂、成本极高。最近几年，工业发达国家特别是日本对金刚石/铜复合材料做了大量研究，并在制备方面取得了巨大突破。2002年，日本SomitomoElectricIndus-tries(SEl)公司也开发出铜/金刚石复合材料，热导率有明显的提高。2006年，日本科学家YasuyukiiAgafi等采用放电等离子烧结法制备出金刚石体积分数为60％的金刚石/铜复合材料，其热导率可达到600W/(m·K)以上。而国内对于金刚石/铜复合材料的研究主要集中于金刚石工具和磨具制造方面，对于金刚石/铜复合材料在电子封装领域的研究还较少，迫切需要给予更多的关注和探索研究，并且在国内关于采用金刚石增强银基体或铝基体复合材料的研究尚未见报道。目前国内外制备方法主要采用粉末冶金法和挤压铸造法和放电等离子烧结法。

国内外关于此类材料的研究主要如下：

[1]黄强，顾明元.电子封装材料的研究现状[J].材料导报，2000，114(9)：28-32.

[2]Zweben C.Advanced materials for optoelectronicpacka-ging[J].Electron packaging prod，2002，42(9)：37-40.

[3]Katsuhito Yoshida，HideakiMorigam.i Thermal properties ofdiamond/copper compositematerial[J].Microelectronics reliability，2004(44)：303-308.

[4]Agari Yasuyuk，i Inour Kanryu.Thermal conductivity of coppercomposites dispersed with diamond particles pre-pared by spark plasmasintering[J].Thernophys prop，2006，27：328-330.

文献1综述了电子封装材料的现状，可以看出现有电子封装材料已经越来越不能满足电子行业对于高集成度芯片散热的需要，急迫需要开发新型的电子封装材料。文献2-4研究了关于作为电子封装用的Cu-金刚石复合材料制备方法与热物理性能，研究结果显示Cu-金刚石具有良好的性能，极具潜力用于下一代电子封装材料。其制备方法分别为热压，热等静压以及电火花烧结等致密方式，其优点是可获得高的致密度及随之带来的良好的热物理性能，缺点是以上几种制备方法均为高成本制备，对于规模化应用有一定难度。同时由于没有很好解决界面结合问题，导致材料力学性能不良。