[发明专利]一种用于电子封装的硅铝合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于电子封装的硅铝合金及其制备方法和应用，按照质量百分比，其组成为：50～75％的Si，20～50％的Al，0～5％的石墨。该硅铝合金采用机械合金化法和等离子热压烧结法制备而成。本发明的硅铝合金的性能参数可控，其热膨胀系数为6.1～8.7×10^‑6K^‑1，热导率为131～168W·(m·K)^‑1，密度为2.42～2.45×10³kg·m^‑3。可广泛用于电子通讯、航空航天、及其它相关工业电子器件的封装材料。

技术领域

本发明属于合金技术领域，涉及一种封装材料，具体涉及一种Si-Al电子封装材料及其制备方法。

背景技术

封装作为微电路的一个组成部分，起着电路支撑、密封、内外电连接、散热和屏蔽等作用，对电路的性能和可靠性具有重要影响。微电子技术高速发展的今天，芯片(IC)的集成度、频率以及微电路的组装密度不断提高，电路重量和体积目益趋于微型化，因此对电子封装材料提出了新的要求。新一代封装材料必须具有与Si和GaAs等半导体材料接近的热膨胀系数，同时还应具有强度高、密度小、导热性良好以及低成本等特性，但现有的封装材料无一能满足所有这些要求。由于集成电路集成度的迅猛增加，导致芯片发热量急剧上升，芯片寿命下降。据报道，温度每升高10℃，GaAs或Si半导体芯片因寿命的缩短而产生的失效就为原来的三倍。这是由在微电子集成电路以及大功率整流器件中，材料之间散热性能不佳而导致的热疲劳以及热膨胀系数不匹配而产生的热应力所引起的，解决该问题的重要手段就是使用新的性能更好的封装材料并改进封装工艺。封装材料起支撑和保护半导体芯片和电子电路作用，以及辅助散失电路工作中产生热量的作用。热膨胀系数、导热性能和比重是发展现代电子封装材料所必须考虑的三大基本要素。

理想的封装材料应具有与砷化镓和硅等典型半导体材料相匹配或略高的热膨胀系数(7～13×10^-6/K)、高的热传导率(≥100W/(m·K))和低密度(≤3g/cm³)。此外，封装材料还应具有合理的强度(>130MPa)，可以为机械作用敏感的部件、基板提供足够的机械支撑。此外，材料还应易于进行精密加工成形。

Si-A1合金密度小(<3g/cm3)、热膨胀系数低，通过合理的成分设计，可获得一种新型高Si(50％～75％，质量分数)Si-Al合金。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于电子封装的硅铝合金及其制备方法，通过机械合金化法将粉末合金化，同时采用等离子热压烧结法将合金粉末固化为块体材料，达到提升材料性能的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于电子封装的硅铝合金，按照质量百分比，其组成为：50～75％的Si，20～50％的Al，0～5％的石墨。

所述硅铝合金的性能参数可控，其热膨胀系数为6.1～8.7×10^-6K^-1，热导率为131～168W·(m·K)^-1，密度为2.42～2.45×10³kg·m^-3。

一种用于电子封装的硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照硅铝合金的各组分配比，分别称取硅铝合金粉末、硅粉及石墨粉，并混合均匀；

(2)将步骤(1)混合得到的粉末在真空环境或惰性气体环境下密封进球磨罐内，在球磨机中球磨，使合金粉末合金化，得到合金粉末；

(3)将步骤(2)得到的合金粉末置于等离子热压烧结炉内，进行烧结固化，获得块体合金。

所述步骤(2)中，球磨时的转速为200～400r/min，球磨时间为30～50h。