[发明专利]一种双层钛铝/铝硅复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种双层钛铝/铝硅复合材料及其制备方法和应用；属于电子封装材料制备技术领域。

背景技术

近年来，随着微电子集成电路技术的飞速发展，电子器件的集成度和功率不断提升，导致对为这些电子器件提供机械支撑、热传导和环境保护的热管理封装材料的性能要求也越来越高。热管理封装材料的性能直接影响到集成电路和电子器件的电、热、密封、机械等各方面的性能。所以在设计封装材料不仅需要考虑其热性能要求，还需要考虑所用材料具备优良的物理、化学、力学的综合性能。因为电子器件的集成度和功率不断提升，所以对热管理封装材料的性能也就提出了更多和更高的要求；这也导致单一材质的热管理封装材料很难满足使用要求，，因此需要采用复合材料来达到复杂封装热管理的应用要求。

一般来说，电子封装领域使用的热管理材料要求有良好的导热性能的同时，需要具备与芯片相匹配的低热膨胀系数。根据目前电子封装领域的实际应用条件，优良的热管理封装材料导热系数一般要求高于100W·M^-1K^-1，同时要求热膨胀系数在7×10^-6K^-1范围左右，此外，针对热管理材料的实际加工和应用环境，还需要热管理材料具备适当的密度、良好的气密性、精确的机械加工性、优良的焊接性能和可以表面金属化等多项综合性能。因此，常规的一种单一材料很难同时满足热管理材料应用综合性能。目前常用的一些热管理材料，在使用性能上虽然具备很多的优点，但也往往会存在一些性能的不足，影响其实际的使用效果。例如，KOVAR、钨铜、钼铜等金属基电子封装材料密度过高，导热性能一般，无法满足新一代电子封装材料应用的综合性能。典型电子封装用铝基碳化硅复合材料(Al-SiC)，该材料有良好的热导率和适当的热膨胀系数，但是其机械加工性能差，脆性大，易碎，很难加工成需要的电子封装用壳体形状。铝硅(Al-Si)合金的机械加工成型能力比Al-SiC材料优越，但是其热膨胀系数的控制有一定的难度，而且由于Si相在Al基体中容易粗化造成缺陷，因此Al-Si合金坯料的制造工艺也比较复杂。钛铝(Ti-Al)合金具有优良的综合性能，但是其热导率只有16W·M^-1K^-1，无法满足热管理材料应用要求。因此，为满足热管理材料使用的综合性能要求，可以将上述几种具有不同优良性能的封装材料进行复合，制备成复合材料，使复合材料同时具备有低热膨胀系数、高热导率和良好的机械加工性能，同时还需要有优良的封装可焊接性、可靠性，来满足热管理材料在实际使用过程中的不同应用要求。

专利201210196994.X发明了一种Si-Al合金的复合封装构件，其制备方法是将质量百分比为51～70％Si的硅铝合金，和质量百分比为30～55％Si的硅铝合金，进行复合。其中，含量为51～70％Si(优化后为70％Si)的硅铝合金作为封装构件的底板；含量为30～55％Si(优化后为40％或50％)的硅铝合金作为封装构件的侧壁。两种材料复合的方法是采用激光焊接工艺，获得复合的一种封装构件结构。这种工艺方法主要针对的是同为硅铝系列的合金材料，只是Si和Al的成分配比不同的材料，通过焊接实现两种材料的连接，达到两种不同成分材料分别进行使用的目的。采用焊接的方式，一般不同种类的两种材料之间焊接会比较困难，进行焊接的两种材料种类和材料的成分配比会受到焊接条件的限制，因此一般都是和专利201210196994.X一样，只针对不同成分的同类材料进行焊接。此外，在焊接接头部位，受焊接的热影响，会对焊接的两层材料界面显微组织结构造成很大的影响，往往会在两层复合材料的界面处产生焊接的缺陷，出现焊接热影响造成的孔洞、组织粗大等缺陷。

专利申请号为CN201410200713提出了一种铝硅/铝碳化硅电子封装装置的复合材料及其制备方法。该复合材料是在铝碳化硅层的上表层通过喷射沉积工艺形成一层铝硅材料，使该层铝硅材料可以作为激光焊接层，利用铝硅材料的氧含量低(≤1000×10^-6)、硅相粒径小且彼此深度连接形成网状的特点，提高铝硅/铝碳化硅复合材料的激光焊接焊缝的稳定性，使其能满足微电路组件外壳材料的要求。该复合材料的制备工艺关键是采用喷射沉积技术在铝碳化硅表面获得一层铝硅合金层。