[发明专利]一种钎焊铝碳化硅复合材料的中温钎料及制备和钎焊方法

说明书

技术领域

本发明属于金属封装外壳和材料钎焊连接领域。铝碳化硅(SiC_p/Al)复合材料具有高导热、低密度和与芯片相匹配的热膨胀系数，使其成为一种理想的封装材料，适用于微电子封装中混合集成电路、毫米波/微米波集成电路、多芯片组件和大功率器件等封装外壳。

背景技术

随着信息技术的高速发展，电子器件中的芯片集成度越来越高，功率越来越大，对封装材料的散热要求也越来越高，同时对微电子封装的相关工艺也提出了更高的要求。传统的金属封装外壳材料可伐合金(Kovar)虽然具有合适的热膨胀系数(CTE)，能与硼硅硬玻璃等匹配封接，且具有良好的焊接性、加工性，但其热导率低，电阻率高，密度也较大，使其应用受到了很大限制。高体积分数SiC_p/Al复合材料由于具有热导率高(160～220W·m^-1·K^-1)、密度低(小于3.0g·cm^-3)、比强度和比刚度高等优点成为新一代电子封装材料。

20世纪90年代以来，高体积分数SiC_p/Al复合材料作为新一代电子封装和热控材料在一系列世人瞩目的先进航空器上逐步获得了应用。SiC_p/Al电子封装复合材料取代目前普遍使用的可伐合金，不仅使器件的热耗散能力大幅度提高，从而显著降低芯片温度，使电子元器件的寿命和可靠性大大提高，同时还可减重超过60％，因此，高性能SiC_p/Al电子封装材料大量应用于商用和航空航天用微电子器件、光电子器件等的封装不仅对航空航天技术的发展具有重要的推动作用，还将产生巨大的经济效益和社会效益，应用前景十分广阔。

众所周知，电子元器件等在组装时的各类焊接、粘接或固化过程必须遵循先高温后低温顺序。传统Kovar外壳的典型封装工艺为：首先在920～980℃将可伐合金封装外壳和芯片外引线通过绝缘的熔封玻璃连接成组件，然后此组件与可伐底板通过Ag-Cu共晶钎料在830℃左右钎焊连接。随后，芯片将通过Au-Si共晶法在380～430℃下对芯片进行装片。最后，在完成芯片与外引线的键合后，采用平行缝焊或Au-Sn钎料在330℃左右温度下进行封盖工艺，实现可伐盖板与封装壳体的钎焊连接。

随着电子器件中芯片功率的不断增大，芯片的温度也随之升高，因此提高封装材料的导热率是解决芯片散热的主要途径。虽然SiC_p/Al复合材料作为封装外壳可以解决芯片的散热问题，然而目前的封装工艺难以实现。因为当SiC_p/Al复合材料用作封装的外壳时，无法在920～980℃范围内与玻璃绝缘子直接进行熔封，只能在SiC_p/Al复合材料外壳边框处焊接可伐-玻璃绝缘子组件。原因是SiC_p/Al复合材料的使用温度一般不超过550℃，因此它不能与普通熔封玻璃在980℃左右进行熔封，只能先制备可伐环-玻璃-可伐引线组件，然后在低于550℃温度范围内通过钎焊将SiC_p/Al外壳与可伐引线组件连接。然而目前国内外尚无成熟的中温钎料。如果采用钎焊温度为330℃左右的Au-Sn钎料实现封装外壳与引线组件的连接，则后续的芯片装片只能采用导电胶粘接工艺，而这种粘接工艺将导致芯片与封装底座间的界面热阻很大(热导率仅为0.5～2.5W/mK)，无法实现芯片的快速散热。