[发明专利]一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子封装件的制备方法，特别涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法。

背景技术

随着微电子器件向高性能、轻量化和小型化方向发展，对封装材料提出越来越苛刻的要求。传统的电子封装材料主要有塑料、金属及其合金、陶瓷，塑料具有密度小、绝缘性能好、成本低等优点，但存在热导率低、热膨胀系数大、强度低、耐湿性差等缺点，金属及其合金的机械性能好、散热性能好，但是其热膨胀系数高、密度大，陶瓷的热膨胀系数低、密度小，但是其热导率低，后续加工性能差、焊接性差，成本较高。

SiC/Al复合材料具有强度高、热膨胀系数低、热导率高、密度低、成本低等优点，可广泛应用于航空航天、军事、电子信息等领域的电子封装，是目前电子封装材料的最佳选择。传统含SiC的金属基电子封装件的制备方法，首先通过混料、模压成型、烧结工艺得到SiC颗粒增强金属基复合材料，然后通过加工、焊接组装成所需形状，由于高体积分数SiC的金属基电子封装材料的可焊接性能、后续加工性能均很差，导致很难得到高体积分数SiC的电子封装材料，难以制备形状和结构复杂的电子封装件。

因此，目前亟需探索一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，以便通过较短的制备流程，能够得到含高体积分数SiC、结构和形状复杂的金属基复合电子封装件。

3D打印技术被广泛应用于各个领域，也可以用来制备SiC预制体，但是，3D打印过程中无法加压，只是通过激光融化粘结剂把SiC颗粒粘结在一起，因此，相比利用高温高压烧结制备的SiC预制体，采用3D打印制备的SiC预制体的强度较低，必须通过后续的低温多段烧结来增强3D打印坯体的力学性能。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种结合3D打印技术制备含高体积分数SiC、结构形状复杂的金属基复合电子封装件的方法。

本发明一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一

按质量比，粘接剂：SiC颗粒＝1:3～5，配取粘接剂和SiC颗粒并混合均匀，得到SiC预制体备用料，所述SiC颗粒的粒径≤160μm；

步骤二

将步骤一所得SiC预制体备用料装入3D打印设备中，通过3D打印，得到设定形状、尺寸的SiC坯体；

步骤三

将步骤二所得SiC坯体进行低温多段烧结，得到SiC多孔预制体；所述低温多段烧结的工艺参数为：先升温至220-280℃，保温1-2h后再升温至380-420℃，保温1-2h，然后再继续升温至480-520℃，保温1-2h，随炉冷却至室温；

步骤四

对步骤三所得SiC多孔预制体进行金属合金熔液浸渗处理，得到成品。

本发明涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤一中所述SiC颗粒由粒径为5～15μm的SiC颗粒、55～85μm的SiC颗粒、140～160μm的SiC颗粒按质量比，5～15μm的SiC颗粒：55～85μm的SiC颗粒：140～160μm的SiC颗粒＝1：1.5～2.5：8～10组成。

本发明涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤一中所述粘结剂为尼龙粉末、石蜡、有机硅树脂中的至少一种。

本发明涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，所述尼龙粉末的粒径为25-75μm。

本发明涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤二中，所述3D打印的控制激光功率为20～200w，切片厚度为0.08mm～0.15mm，送料方式为单缸下送粉、双向铺粉方式，激光扫描速率为50-100mm/s。

本发明涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤二中所述设定尺寸、形状的SiC预制体，其尺寸和空间形状通过三维设计软件设定，所述三维设计软件优选为CAD三维设计软件。

本发明涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤二中，从室温加热至220-280℃时，控制升温速率为3-5℃/min；从220-280℃升温至380-420℃时，控制升温速率为1-3℃/min；从380-420℃升温至480-520℃时，控制升温速率为1.5-2℃/min。

本发明涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤三所得SiC多孔预制体中的SiC体积分数为60％～75％。