[发明专利]定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料及制备，特别涉及一种电子封装用高导热金属基复合材料及制备方法。

背景技术

近年来，随着电子芯片向高度集成化、小型化及轻量化方向迈进，用于电子封装的铝基复合材料的研究取得了巨大进展。目前研究较多的Al基复合材料，其复合构型主要是单相增强的，包括：(1)0维的颗粒增强，如SiC颗粒增强(申请号为201410755066.1的专利“一种性能高的电子封装用SiC/Al复合材料的制备方法”)，金刚石颗粒增强(申请号为200910055065.5的专利“电子封装用金刚石增强金属基复合材料及其制备方法”)；(2)1维的纤维增强，如文献“Laminate squeeze casting of carbon fiber reinforced aluminum matrix composites”(Materials and Design.67(2015)154-158)；(3)2维的片状增强，如文献“In-plane thermal enhancement behaviors of Al matrix composites with oriented graphite flake alignment”(Composites:Part B 70(2015)256–262)；(4)3维的网状增强，如申请号为201110201022.0的专利“一种氮化硅和铝双连续相复合材料及其制备方法”)，文献“Thermophysical properties of SiC/Al composites with three dimensional interpenetrating network structure”(Ceramics International 40(2014)7539–7544)等。然而，单相复合构型的金属基复合材料中增强体含量一般不超过63％，因此这些复合材料的热膨胀系数仍较高，且可调控范围小，严重制约了其在电子封装领域的应用。而混杂增强能通过不同的复合构型设计构建出合理高效的复合结构，使不同种类或尺寸大小的增强体在基体中发挥各自的性能优势，从而满足不同的热管理应用需求。目前混杂增强的形式主要有：不同类型的颗粒－颗粒混杂(0维+0维)，如文献“Thermal properties of金刚石/SiC/Al composites with high volume fractions”(Materials and Design.32(2011)4225-4229)。颗粒－纤维混杂(0维+1维)，如中国专利201210109792.7“具有分级结构的高导热金属基复合材料及其制备方法”。颗粒－片体混杂(0维+2维)，如文献“Thermal conductivity of graphite flakes–SiC particles/metal composites”(Composites:Part A 42(2011)1970–1977)。颗粒－多孔陶瓷混杂(0维+3维)，如文献“SiC泡沫陶瓷/SiC/Al混杂复合材料的导热性能”(材料工程.1(2008)6-10)等。然而对于金刚石颗粒与SiC颗粒混杂增强的Al基复合 材料，尽管其热膨胀系数能与基板相匹配，但同时会引起热导率也降低，热性能优势没有得到充分发挥，因此难以满足未来高导热封装材料的应用需求。当用金刚石颗粒与定向多孔SiC陶瓷混杂增强(0维+3维)时，一方面，定向多孔SiC陶瓷容易实现金刚石颗粒的定向填充，当金刚石颗粒填充到多孔SiC陶瓷的定向孔隙时，经复合后，能使金刚石颗粒在复合材料中形成局部的定向排列，这种局部定向排列能使复合材料沿着平行于定向孔的方向获得更高的热导率；另一方面，当把金刚石颗粒与Al基质看成“一相”时，即为定向多孔SiC陶瓷/(金刚石/Al)复合材料,根据复合材料理论，复合后的定向多孔SiC陶瓷/(金刚石/Al)的热膨胀系数通常介于SiC相与(金刚石/Al)相之间，由于金刚石/Al本身即是一种电子封装材料，具有较低的热膨胀系数，因此当其与定向多孔SiC陶瓷复合后，能够在垂直于定向孔的方向获得较低的热膨胀系数。当这种复合材料用做封装基板时，能实现半导体所在平面方向(垂直平)的低膨胀和垂直平面(沿着定向孔方向)的高热导的有机统一，非常符合封装基板的应用特点，且这种复合材料具有低密度和高的可靠性等特点，是一种非常有商业前景的电子封装材料。然而截至目前，国内外尚未有关于定向多孔SiC陶瓷与金刚石颗粒混杂增强Al基复合材料的公开文献报道。

发明内容