[发明专利]铝碳化硅热沉基板制备方法及铝碳化硅热沉基板

说明书

本发明提供一种铝碳化硅热沉基板制备方法，制备碳化硅粉料和胶体，将碳化硅粉料加至胶体中进行造粒，采用热等静压方式，对造粒粉施加设定压力和温度，经过设定保压烧结时间后得到碳化硅陶瓷预制体；采用真空压力溶渗法，将碳化硅陶瓷预制体放入浸渗炉中，在真空环境下施加高压惰性气体，在碳化硅陶瓷预制体表面浸渗铝合金溶液，得到铝碳化硅铸件；通过超声波振动切削进行机加，再表面金属化镀覆处理，得到铝碳化硅热沉基板。本发明还提供一种由上述铝碳化硅热沉基板制备方法制得的铝碳化硅热沉基板。本发明通过热等静压、真空压力溶渗、超声波振动切削机加、表面金属化镀覆处理，提高了铝碳化硅热沉基板的体积分数、致密度、热导率和稳定性。

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，尤其涉及一种铝碳化硅热沉基板制备方法及铝碳化硅热沉基板。

背景技术

随着电子技术发展越来越快，芯片集成度在不断提高，其对封装材料的热膨胀匹配和散热提出了很高的要求，因此高密度封装技术成为了主要的技术攻关方向。

目前大功率电子元器件封装基板及热沉材料多采用铝合金、铜合金、钨铜、钼铜、CMC铜及纯陶瓷材料，铝合金、铜合金材质较软，强度较低，线膨胀系数较大，受热和受力工况下变形严重，将导致与其相连接的电子元器件应力集中开裂失效；钨铜、钼铜及CMC铜密度较大，属于重金属，不仅无法在对密度有较高要求的领域内使用，并且对人体及环境具有一定危害作用；纯陶瓷材料质脆、易碎、加工成本高，不仅无法加工成形状较复杂的产品，并且在使用和运输过程中容易划伤、碎裂，增加了电子元器件失效的风险。因此，目前的封装基板及热沉材料均存在一定的质量问题，不满足日益增长的产品需求。

在此技术背景下，铝碳化硅材料凭借其高热导率、低热膨胀系数、低密度以及高比刚度的特点，被广泛应用在大功率元器件散热、封装上，有效实现电子元器件轻量化、小型化的目标。并且基于复合材料性能可设计的特点，铝碳化硅材料可与大多数陶瓷和半导体材料完美匹配，有效避免装配零件间热膨胀系数差异导致的热应力开裂和热循环老化效应的问题，提高产品整体使用寿命，从根本上解决热失效问题。

针对目前常规的铝碳化硅材料制备方法，各有各的不足，均存在一定问题：粉末冶金法即将铝粉和碳化硅粉末混合、高温融化后铸造成型，由于铝粉易氧化和团聚，该方法制备的铝碳化硅材料热导率低，性能均匀性差；搅拌铸造法即向熔融的铝合金溶液中边搅拌边添加碳化硅粉铸造成型，但由于铝合金熔液与碳化硅难混合，导致制备的铝碳化硅材料的碳化硅体积分数通常低于30％，使得材料刚度差，易变形；喷射沉积法是在坩埚底部开一个小孔，当熔融金属铝合金液流出后，将颗粒增强相加入液流中，然后高速惰性气体将基体与颗粒混合物分散成细液滴使其雾化，颗粒及雾化流喷射到基底上共同沉积成金属复合材料，其缺点是成本较高，沉积速度较慢，无法制备碳化硅体检分数高的金属基复合材料；无压浸渗法是把基体合金铸锭放入预制件上面，通入含有氮气的可控气氛，加热直到合金熔化自发渗入预制件中，但制备形成的金属基陶瓷复合材料不致密，影响产品的材料性能。

通过以上几种常规方法制备的铝碳化硅材料，均无法达到较高的碳化硅体积分数、致密度、热导率、机械强度，且线膨胀系数不稳定，进而限制了铝碳化硅材料在对热稳定性能要求较高的电子封装、散热基板、IGBT等领域中的大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种铝碳化硅热沉基板制备方法及铝碳化硅热沉基板，解决了现有技术中铝碳化硅热沉基板致密度低、碳化硅体积分数低、热导率低、性能不稳定、成本高的问题，克服了生产周期长、良品率低的缺陷。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种铝碳化硅热沉基板制备方法，所述方法包括：

步骤S1：分别制备碳化硅粉料和胶体，将碳化硅粉料加至胶体中进行造粒，得到造粒粉；

步骤S2：采用热等静压方式，将造粒粉放入成型模具中，并施加设定压力和温度，经过设定保压烧结时间后得到碳化硅陶瓷预制体；