[发明专利]一种铝基电子封装材料的制备方法

说明书

一种铝基电子封装材料的制备方法，首先将纯金属铝粉施加机械变形、或者将纯金属铝粉与其它元素粉末混合后施加机械变形，提高纯金属铝粉或混合粉末固相的吉布斯自由能，得到圆柱形或矩形块体；最后通过压力熔渗方式将圆柱形或矩形块体在低于平衡熔点下熔化形成的低温熔体渗入金刚石或石墨粉末中得到铝基电子封装材料——铝/金刚石或铝/石墨块体材料；本发明在于利用低于平衡熔点的非平衡态熔体进行压力熔渗，解决熔点之上的液体铝或铝合金具有高反应活性、熔渗过程中与石墨或金刚石颗粒发生严重界面反应生成Al₄C₃等化合物、显著降低铝/金刚石、铝/石墨材料导热性能的问题，可以用于高性能电子封装材料。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域封装材料的制备方法，涉及一种铝/金刚石和铝/石墨等铝基电子封装材料的制备方法，特别涉及一种用低于热力学平衡熔点的低温铝合金熔体在一定压力下熔渗金刚石粉末或石墨粉末以制备铝基电子封装材料的方法。

背景技术

随着微电子技术及半导体技术的发展，越来越高的封装密度对封装材料提出了更高的要求。以铝基复合材料为代表的新兴封装材料具有与硅、砷化镓等半导体材料相接近的热膨胀系数，而且其极低的密度和较低的价格使其特别适用于航空航天领域、电动汽车领域的电子产品封装，在其它军用、民用电子封装领域也都具有极为广阔的应用前景。

目前，电子封装中常用的有金属钼、钨以及钨铜、钼铜、铜因瓦铜、铜钼铜合金等材料，这些材料由于价格较贵、性能不足等原因激发人们不断寻找新型替代材料。

铝基电子封装材料具有高的热导率、与硅接近的热膨胀系数以及高的强度和刚度、密度低、与金、银、铜、镍可镀，与基材可焊，易于加工、无毒。另外，铝基封装材料所采用的铝、石墨、硅、碳化硅二种元素在地球上储量都相当丰富，成本较低，所以铝基合金材料成为一种潜在的有广阔应用前景的电子封装材料。

目前，已经实现产业化的铝基封装材料包括压力浸渗法制备的铝碳化硅材料、喷射成形技术制备的硅铝材料。由于铝碳化硅材料难以机械加工，需要精确控制预成形碳化硅坯体的形状以及烧结和熔渗过程的收缩量，造成铝碳化硅材料生产过程中的成品率较低、无法制造形状复杂的封装壳体。硅铝材料近年来在国内研制成功，然而由于喷射成形工艺需要消耗大量惰性气体、产品中存在较多孔隙、只能成形圆柱体等简单形状的铸锭等原因，造成国内无法批量使用铝基封装材料，仍然不得不采用价格昂贵、性能不高的其它种类封装材料。

特别是，当前的铝碳化硅材料、硅铝材料的热导率较低，高档铝碳化硅材料的热导率一般低于220W/m·K，硅铝材料只有120-170W/m·K，远远不能满足高性能器件封装的技术要求，使得国内外有时不得不采用真空熔渗法制备高热导率的铜-金刚石材料。但是，由于铜-金刚石材料难以预制成形、难以机械加工、成品率低以及掉粉等原因，极大地限制了电子封装技术的发展。

铝金刚石和铝石墨封装材料是人们寻求的理论上具有高热导率、低密度的高性能封装材料，目前，已报导的制造方法多为将铝或铝合金熔体渗入金刚石或石墨粉末中获得致密材料块体。然而，由于在制造过程中铝或铝合金与金刚石、石墨粉末发生反应，在界面上生成Al₄C₃等化合物，严重降低铝/金刚石、铝/石墨材料的导热性能，使上述材料难以在生产中获得实际应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种铝基电子封装材料的制备方法，是一种铝金刚石和铝石墨封装材料的低温熔渗方法，通过调整铝粉或铝合金粉的表面状态和粒度，在固相状态下增加粉末体系的吉布斯自由能，从而在明显低于其平衡熔点温度时获得铝熔体或铝合金熔体，然后通过加压将低温熔体浸入金刚石粉末或石墨粉末，获得基本不发生界面反应的、高热导率的铝基电子封装材料，本发明以低于纯铝或其合金熔点的温度进行压力熔渗，解决铝与金刚石或石墨因高温熔渗发生界面反应而降低材料热导率的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：