[发明专利]一种碳化硅/铝复合材料的制备方法

说明书

本发明属于电子封装材料的制备领域，具体公开一种碳化硅/铝复合材料的制备方法。将酚醛树脂粉溶解于无水乙醇中；将SiC粉加入所得溶液中，40~60 ℃搅拌均匀；将SiO₂气凝胶粉和Al粉依次加入所得溶液中，搅拌均匀后球磨10~12 h；将球磨后所得浆料烘干，造粒过筛，再将所得颗粒粉压制成型，得到坯体；将一定质量的Al₂O₃板块置于坯体上，在真空900~1000 ℃下反应烧结1~2 h，获得SiC坯体；将SiC坯体在真空900~1100 ℃下气态渗铝0.5~1 h，随后自然降温冷却，即得碳化硅/铝复合材料。本发明具有工艺简单、操作方便生产成本低，产品性能良好等优点，SiC/Al复合材料拥有良好的机械强度、导热性能和低的热膨胀系数，在电子封装材料方向将具有较大的应用前景。

技术领域

本发明属于电子封装材料的制备领域，具体涉及一种碳化硅/铝复合材料的制备方法。

背景技术

金属基复合材料综合了增强相和金属基体各自的优点，碳化硅/铝基复合材料兼具有增强相的强度等优点和铝基体的便于加工和高热导率等优点，具有优良的综合性能。近年来，铝基复合材料在电子封装、航空航天、民用汽车等领域蓬勃发展，在航空航天领域逐步取代了传统材料，在电子封装领域也展现出了良好的应用前景。

电子工业的发展离不开电子封装的发展，20世纪最后二十年，随着微电子、光电子工业的巨变，为封装技术的发展创造了许多机遇和挑战，封装结构更加小型化，功率更高，功率密度大大增加，各种先进的封装技术不断涌现。当前电子封装材料应当具备以下几个特点：一是封装材料应具备优异的导热性能；二是封装材料的热膨胀系数应与Si芯片（4.1×10^-6K^-1）或GaAs芯片（5.8×10^-6K^-1）等相匹配；三是封装材料应具有一定的强度和硬度，以支撑和保护芯片；四是封装材料应具有良好的气密性，以防止大气中的水汽、有害离子等进入，使封装结构出现漏电、性能参数改变等失效情况；五是封装材料应尽量具有低密度，低密度有利于微电子器件的小型化、轻量化发展趋势；六是封装材料的生产成本应尽量低，效率尽量高，有利于大规模工业化生产。以上6个方面中优异的导热性能和合适的热膨胀系数是尤为重要，且较难实现的。

传统的电子封装材料主要分为三类，第一类是金属及合金电子封装材料，主要包括Invar合金、Kovar合金、W、Mo、Cu及Al等；Invar合金和Kovar合金热膨胀系数低，与Si、GaAs等芯片可以较好的匹配，加工性能也较好，但缺点是热导率较低，且合金密度较大；W、Mo电子封装材料具有较为合适的热膨胀系数，热导率也很高，足以满足封装需要，但是其缺点是密度过大，可焊接性差，价格也较为昂贵；Cu、Al价格低廉，易于加工，热导率高，具有很好的散热性能，密度也适中，但是热膨胀系数与Si、GaAs等微电子芯片相差过大。第二类是陶瓷电子封装材料，这类电子封装材料主要有Si、Al₂O₃、AlN等，Al₂O₃陶瓷基板应用较为普遍，有赖于其低廉的价格、合适的热膨胀系数及低的密度，但随着微电子器件向高功率、小型化发展，Al₂O₃散热性能已远远不能满足散热要求。第三类是高分子类电子封装材料，高分子封装材料主要包括聚酯类、酚醛树脂、环氧树脂及有机硅类热固性树脂；热固性树脂的共同优点是密度低、绝缘性好、价格低廉、易于加工，但它们的缺点极为突出，以环氧树脂为例，热膨胀系数过高，且遇水易膨胀，热导率极低，且在使用过程中会发生老化等现象。可见，传统的封装材料，均不能很好地同时满足电子封装材料的各方面要求，亟需要开发新型电子封装材料，以满足越来越苛刻的电子封装领域的要求。SiC/A1复合材料发展十分迅速，特别是作为电子功能复合材料的优势逐渐被人们所认识，SiC/A1复合材料具有高热导率、低线膨胀系数、密度小等优点，因而用作新型电子封装材料前景广阔。

发明内容