[发明专利]一种电子封装材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种封装材料，具体涉及铝合金基体，氧化石墨烯和SiC颗粒为增强体的电 子封装材料。

背景技术

电子封装材料是指集成电路的密封体，它不仅对芯片具有机械支撑和环境保护作用，使 其避免大气中的水汽、杂质及各种化学气氛的污染和侵蚀，从而使集成电路芯片能稳定地发 挥正常电气功能，封装材料对电子器件和电路的热性能乃至可靠性起着举足轻重的作用。现 在，电了封装材料行业已成为半导体行业中的一个重要分支，它已经广泛涉及到化学、电学、 热力学、机械和工艺设备等多种学科。

作为金属基复合材料的增强物，SiC颗粒具有高模量、高硬度、低热膨胀、高热导率、 来源广泛和成本低廉等优点。Al合金具有低密度、高热导率(170-220W/m·K)价格低廉以 及热加工容易等优点。综合以上因素，并考虑到电子封装材料必须具备很低的且与基板匹配 的热膨胀系数(CTE)，高的热导率，高刚度，低密度，及低成本等特性，将二者复合而成 颗粒增强铝基复合材料后，材料具有了Al和SiC二者的优点，几乎代表了理想封装材料的所 有性能要求，这使得SiC/Al复合材料成为电子封装用金属基复合材料中最倍受瞩目，潜在应 用最广的复合材料。

石墨烯是世界上最坚固的材料(杨氏模量1.7TPa)，理论比表面积高达2630m²/g，具有良 好的导热性(5000W/(m.k))和室温下高速的电子迁移率(200000cm²/(V.s))。同时，其独特的结构 使其具有完美的量子霍尔效应、独特的量子隧道效应、双极电场效应等特殊的性质。由于石 墨烯优异的性能，极大的比表面积和较低的生产成本(相对于碳纳米管)；石墨烯各碳原子之 间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形来适应外力，而不必使碳 原子重新排列，这样就保持了结构的稳定。基于石墨烯这些优良的性能，如果将其添加在金 属铝或铜中制成电子封装材料，将大大提高材料的电导率；石墨烯密度小，得到的复合材料 的密度比金属基体低；热膨胀系数小；同时解决电子封装复合材料中的界面润湿问题，有利 于降低界面热阻；易于加工。因此，石墨烯金属基复合材料对于电子封装领域有广阔的应用 前景。

现有的SiC/Al复合材料电子封装材料主要采用渗浸法制造，其在导热性能，制造工艺和 焊接性能上均存问题，特别是难以采用我国现有封装焊接进行焊接，限制了该类材料在我国 有源相控阵雷达上的应用，需要一种新型的封装材料弥补传统材料的不足。石墨烯具备极佳 的导热性，由石墨烯和Al/SiC复合形成的电子封装材料，不仅保持各自的性能优势，大幅度 提高了材料的导热性能，而且在制造工艺和焊接性能有了明显改善，将有望成为新一代电子 封装材料。

发明内容

本发明提供一种线膨胀系数可控高导热可焊电子封装材料，是通过将一定比例氧化石墨 烯、SiC和铝合金粉末的进行混合，再经过热物理烧结制备而成。采用本发明可制备出密度 低于3.1g/cm³，导热率大于180W/(m·K)的轻质电子封装材料，从而大幅度提高我国有源相控 阵雷达等军用电子设备的综合性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电子封装材料，由基体和增强体组成，所述基体包括铝和铝合金粉末，所述增强体 包括氧化石墨烯和SiC颗粒，按照质量百分比计，所述氧化石墨烯为0.5％～3％，所述SiC颗 粒为35％～65％，余量为铝合金粉末，所述铝合金粉末含50％Al-Si和50％Al-Ti-B合金粉末。

一种电子封装材料的第一优选方案，Al-Si合金粉末中Si的含量为30％～50％，所述Al-Ti-B 合金粉末中Ti的含量为4％～6％。

一种电子封装材料的第二优选方案，Al-Si合金粉末中Si的含量为35％～45％，所述Al-Ti-B 合金粉末中Ti的含量为4.5％～5.5％。

一种电子封装材料的第三优选方案，Al-Si合金粉末中Si的含量为40％，所述Al-Ti-B合 金粉末中Ti的含量为5％。

一种电子封装材料的第四优选方案，氧化石墨烯为1％～2％，所述SiC颗粒为40％～60％。

一种电子封装材料的第五优选方案，氧化石墨烯为1.5％，所述SiC颗粒为50％。

一种电子封装材料的制备方法包括如下步骤：

(1)制备混合粉末；