[发明专利]一种电子封装用碳化硅增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料的制备，具体地说是一种用于电子封装的碳化硅增强铝基复合材料的制备方法，该方法属于金属材料技术领域。

背景技术

碳化硅增强铝基复合材料（SiCp/Al）是一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料，同时具有金属和陶瓷两者的优异性能。SiCp/Al的主要优点是具有高的比强度、比刚度、耐磨、低膨胀、高导热，并且已被广泛地应用到了许多不同领域中。由于其高耐磨性，SiCp/Al复合材料在汽车工业中被用于汽车制动盘、刹车转子、发动机活塞等的制造；由于高的比强度和比刚度，其在航天航空领域被用于飞机和导弹零件用薄板材、锻件的制作。此外，由于SiCp/Al复合材料既具有金属的导热性能，又兼具陶瓷低热膨胀的特点，也使其在电子封装领域具有巨大的应用前景。但是随着微电子技术的发展，集成电路（IC）的集成度越来越高，尺寸微小的元件在单位面积上的发热量增多。目前30%的芯片不能正常发挥其性能就是由于封装材料不能进行有效的散热造成的。所以高导热是新型封装材料研发的必备条件。

作为新型封装材料，SiCp/Al复合材料的研究已经取得了长足的进步，但为了适应高效散热的要求还需要进一步的发展。SiCp/Al复合材料的热性能影响因素很多，如基体材料的组分、与增强体间的界面以及制备工艺等。其中界面的影响最难控制，对金属基复合材料而言，金属是电子导热机制，非金属是声子导热机制，声子（非金属）和电子（金属）在界面处交换能量时，电子将能量转移至声子，然后发生界面处的声子-声子耦合，每种耦合都会发生热量衰减，这也是界面热阻的主要来源。

SiCp/Al复合材料的界面类型影响因素很多，SiCp颗粒表面性质以及复合材料制备工艺都会对其界面结构产生影响。SiCp与铝液间润湿性很差，而且常会发生剧烈反应，生成脆性化合物Al₄C₃，影响界面的稳定性。国内外学者为改善金属基体与增强体颗粒间的浸润性、控制界面反应以形成最佳的界面结构、较好的颗粒分散，做了大量的工作。对SiCp颗粒表面改性是一种有效的方法，主要实施工艺有：SiCp表面镀铜，镀镍、表面预氧化以及表面涂覆 K₂ZrF₆等等。此外制备工艺的优化也有助于复合材料界面性能的提高。目前制备SiCp/Al 复合材料的工艺主要有：粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法和压力熔渗法以及无压熔渗法。无压熔渗法能够较好地实现近净成形，且工艺简单，成本较低，是目前应用得较多的制备工艺。

如何实现SiCp颗粒表面改性以及复合材料制备的工艺的优化，对复合材料热导率性能的提高，促进电子设备的发展、集成电路的改进具有十分重大的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种电子封装用碳化硅增强铝基复合材料的制备方法，以解决目前电子封装产品存在的由于过热而引起的失效问题。

    本发明一种电子封装用碳化硅增强铝基复合材料的制备方法包括SiCp颗粒表面预处理、SiCp颗粒表面镀铜以及SiCp/Al复合材料的制备三个工序:

（1）SiCp颗粒表面预处理工序

包括粗化、敏化、活化、解胶、烘干5个步骤，粗化采用体积分数为20%的HF酸的水溶液对SiCp颗粒表面酸洗，解胶采用次磷酸盐溶液清洗SiCp颗粒表面，再用蒸馏水洗净至中性；敏化液配方为：氯化亚锡15～20g/l、38%浓盐酸体积分数3～6%，溶剂为蒸馏水；活化溶液配方为：硝酸银4～6g/l，氨水调节溶液至澄清，溶剂为蒸馏水。

（2）SiCp颗粒表面镀铜工序

镀液配方为：硫酸铜5～12.5 g/l、EDTA为10～20g/l、酒石酸钾钠5～15g/l、甲醛体积分数1.2%～1.5%以及甲醇体积分数0.7～0.9%；施镀工艺参数为：镀液pH维持11～12.5、温度35～47℃。

（3）SiCp/Al复合材料的制备工序

加热炉内，镀铜SiCp、铝块在氩气保护条件下，采取分段加热至1100℃，保温60～70min后自然冷却，得到SiCp体积分数为50%-55%的铝基复合材料。

    所述的SiCp颗粒为纯度大于98%、粒度100～200μm的a-SiC，铝块为铝镁硅系合金。

    所述的分段加热为：镀铜SiCp、铝块首先加热到200℃，保温20-25min，然后升温到400-500℃，保温15-20min，再升温到600-800℃，保温25min，最后升温到1100℃。