[发明专利]一种铝基电子封装材料及其加工方法

说明书

本发明公开了一种铝基电子封装材料及其加工方法；所述材料的主要成分为(重量百分比)：铝20～80％，石墨烯0.01～15％，碳纳米管0.01～15％，同时含有其它成分2～70％，所述其它成分是选自金刚石、硅、钨、钼、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化锆、碳化钨、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化钛、氧化铝、氧化锆、硼化钛、硼化锆的至少一种或多种。其制备方法为：首先把所述成分的粉体均匀混合，混合均匀的粉体被螺旋推料器连续推入大轧辊表面凹槽内，在大轧辊和一组行星轧辊的轧制力作用下，把铝基合金粉体轧制为条带材，条带材进一步从成型模具挤出，得到所需形状材料。本方法可连续制备低热膨胀系数、高导热的封装材料。

技术领域

本发明属于电子封装材料领域，具体涉及一种高散热效率、低热膨胀系数的铝基电子封装材料及其加工方法。

背景技术

目前，集成电路用半导体材料一般是Si或GaAs，由于集成电路的晶体管密度迅猛增加，导致了芯片的发热量急剧上升，由于封装材料与芯片之间热膨胀系数的不匹配而引起的热应力以及散热性能不佳而导致的热疲劳会引起集成电路失效。据统计，温度每升高10℃，GaAs或Si微波电路寿命就缩短为原来的1/3，鉴此，现代集成电路业越来越重视封装。

所谓封装是指支撑和保护半导体芯片和电子电路的基片、底板、外壳，同时还起着辅助散失电路工作中产生的热量的作用，用于封装的材料称为电子封装材料，作为理想的电子封装材料必须满足以下几个基本要求：(1)低的热膨胀系数，能与Si、GaAs芯片相匹配，以免工作时，两者热膨胀系数差异热应力而使芯片受损；(2)导热性能好，能及时将半导体工作产生的大量热量散发出去，保护芯片不因温度过高而失效；(3)气密性好，能抵御高温、高湿、腐蚀、辐射等有害环境对电子器件的影响；(4)强度和刚度高，对芯片起到支撑和保护的作用；(5)良好的加工成型和焊接性能，以便于加工成各种复杂的形状和封装；(6)性能可靠，成本低廉；(7)对于应用于航空航天领域及其他便携式电子器件中的电子封装材料的密度要求尽可能的小，以减轻器件的重量。目前所用的电子封装材料的种类很多，常用材料包括陶瓷、塑料、玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等。

铝的热导率高、质量轻、价格低、易加工，是常用的封装材料，但由于铝的热膨胀系数(CTE)与Si的线膨胀系数(CTE为4.1×10^-6/K)和GaAs的线膨胀系数(CTE为5.8×10-6/K)相差较大，所以，器件工作时热循环所产生的较大热应力经常导致器件失效。而AlN的CTE为4.5×10^-6/K、Al₂O₃的CTE为6.3×10^-6/K、SiC的CTE为4.0×10^-6/K、Si₃N₄的CTE为1.44×10^-6/K、B₄C的CTE为3.38×10^-6/K、TiB₂的CTE为4.6×10^-6/K、金刚石的CTE为1.7×10^-6/K、W的CTE为4.5×10^-6/K、Mo的CTE为5.1×10^-6/K，以上这些材料的线膨胀系数低，但导热性能差。如果把这些材料加入铝，制备成铝基复合材料，则同时兼有高导热和低热膨胀系数的优点，充分发挥了金属基体的高导热和第二相增强材料的低热膨胀系数的优点。目前工业中常用的铝基复合电子封装材料有高硅铝基复合材料和铝/SiC复合材料。例如0spray公司开发的CE7合金(Al-70％Si)热膨胀系数为6.8×10^-6/K，热导率高达120W/(m·K)，密度为2.4g/cm³，比纯铝轻15％。碳化硅体积分数为70％的Al/SiC复合材料的热膨胀系数为4×10^-6/K，热导率可达210W/(m·K)。