[发明专利]一种基于Al‑W‑Si的抗辐射电子封装材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子封装材料技术领域，具体涉及一种基于Al-W-Si的抗辐射电子封装材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科技的飞速发展，电子元件自问世以来，由于低功耗、高速率和易集成等优点，在多种领域有广泛的应用，但是在一些强辐射环境中运行的电子元件，会受到硬X射线的辐射损伤，导致电子元件的可靠性和寿命显著降低，采取优化的屏蔽防护来减小强辐射环境下，硬X射线造成的电子系统损伤显得十分必要。目前屏蔽防护的方法是对已封装的电子元件外加一层抗辐射屏蔽材料封装的方法，试图通过屏蔽材料对空间高能电子的阻挡，降低高能电子对微电子器件的影响，提高器件抗电子辐射水平。

当前，主要的金属基电子封装材料有Al-Si、Al-SiC、Cu-金刚石、W-Cu、Mo-Cu、可伐合金等几种材料体系。上述材料体系中，Al-Si、Al-SiC体系封装材料比重小，具有良好的热导率和较低的热膨胀系数，受到广泛关注并得到试剂应用，但是该材料对硬X射线的防护性能较差，无法满足电子元件对抗辐射加固性能的要求。而W-Cu、Mo-Cu等体系封装材料除具有传统封装材料的优良性能外，也具有一定硬X射线屏蔽性能，但由于比重大、成本高、加工困难等因素限制其发展应用。此外，一些高分子材料可以用于抗辐射电子封装材料。中国专利CN 101693760B公开的聚丙烯酸铅基环氧树脂辐射防护复合材料及制备方法，将丙烯酸铅与硅烷偶联剂搅拌，加入E型环氧树脂，经γ辐射形成半透明凝胶，再与固化剂混合后，浇筑固化形成聚丙烯酸铅基环氧树脂辐射防护复合材料，该复合材料质轻、均匀、力学性能和防护效果好，可用于电子元件封装材料，但是在硬X射线下的长期使用的稳定性和可靠性有待提高。

本发明将Al-W-Si三元复合材料运用于电子元件封装领域，利用钨材料的耐高温、抗辐射能力强、高热导率，实现了传统封装材料的高导热、低碰撞系数与抗辐射加固性能的有效集成，满足某些特殊应用环境下对器件小型化、轻量化、抗辐射等多功能集成的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于Al-W-Si的抗辐射电子封装材料及其制备方法，该电子封装材料包括Al-W-Si三元复合材料和含Al-W-Si三元复合材料粉末的高分子涂层，将部分Al-W-Si三元复合材料粉末经过预压，真空除气、真空热压使之致密化形成Al-W-Si三元复合材料；再将部分将Al-W-Si三元复合材料粉末与聚氨酯改性环氧树脂混合，涂覆到Al-W-Si三元复合材料表面形成涂层，得到基于Al-W-Si的抗辐射电子封装材料。本发明制备的电子封装材料具有低质、高导热、低碰撞系数和抗辐射加固性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于Al-W-Si的抗辐射电子封装材料，所述基于Al-W-Si的抗辐射电子封装材料包括Al-W-Si三元复合材料和含Al-W-Si三元复合材料粉末的高分子涂层，所述Al-W-Si三元复合材料中W的质量分数为20-40％，Si的质量分数为10-60％，其余为Al，所述高分子涂层为聚氨酯改性环氧树脂。

作为上述技术方案的优选，所述Al-W-Si三元复合材料的密度为2.9-4.01g/cm³，热导率为130-200W/(m·K)，热膨胀系数为8-19×10^-6/K。

作为上述技术方案的优选，所述2mm后的Al-W-Si三元复合材料对40KeV能量X射线的屏蔽效能超过75％，对60KeV能量X射线的屏蔽效能超过40％。

本发明还提供一种基于Al-W-Si的抗辐射电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铝硅合金在高纯氩气气体氛围下，利用气雾化设备制备得到铝硅合金雾化粉末，然后在高纯惰性气体保护下，将W粉末与铝硅合金雾化粉末在搅拌式、行星式高能球磨机中进行高能球磨，得到Al-W-Si三元复合材料粉末；

(2)将步骤(1)制备的Al-W-Si三元复合材料粉末装入钢制包套内，使用双向压机经过预压，真空除气、真空热压过程将复合材料粉末致密化，经机加工，形成Al-W-Si三元复合材料；