[发明专利]一种用于SiC增强Al基复合材料的SiC预制件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子封装材料的制备方法，特别涉及一种用于SiC增强Al基复合材料的SiC预制件的制备方法。 

背景技术

随着微电子器件向高性能、轻量化和小型化方向发展，微电子对封装材料提出越来越苛刻的要求。传统的封装材料包括硅基板，金属基板和陶瓷基板等。硅和陶瓷基板加工困难，成本高，热导率低；金属材料的热膨胀系数与微电子芯片不匹配，在使用过程中将产生热应力而翘曲。因此，这些传统的封装材料很难满足封装基板的苛刻需求。国内外新研发的散热基板材料有金属芯印刷电路板（MCPCB）、覆铜陶瓷板（DBC）和金属基低温烧结陶瓷基板（LTCC-M）。其中，金属芯印刷电路板热导率受到绝缘层的限制，热导率低，且不能实现板上封装；覆铜陶瓷板采用直接键合方式将陶瓷和金属键合在一起，提高了热导率，同时使得热膨胀系数控制在一个合适的范围，但金属和陶瓷的反应能力低，润湿性不好，使得键合难度高，界面结合强度低，易脱落；金属基低温烧结陶瓷基板对成型尺寸精度要求高，工艺复杂，也同样存在金属和陶瓷润湿性不好、易脱落的难题。近年来，AlSiC复合材料由于原材料价格便宜，能近净成形复杂形状，且具有热导率高、膨胀系数可调、比刚度大、密度小，使封装结构具有功率密度高、芯片寿命长、可靠性高和质量轻等特点，在电子封装领域展现出了良好的应用前景。 

AlSiC电子封装构件的制备方法由SiC预制件制备和融熔铝合金液浸渗两步组成。SiC预制件的制备是制备AlSiC复合材料的首要也是最重要的环节。目前，预制件的制备方法主要有模压成型、美国AFT公司的粉末注射成型和美国CPS公司的QuicksetTM注射成型技术。另外，还有研究者使用凝胶注模成型法，这种方法工艺复杂，工艺过程不易控制，生产效率低，而且工艺中用到的有机物大多具有毒性，对环境造成污染。以上诸方法中，模压成型法适用于一些结构简单的构件，成型模具制造简单、操作方便、周期短、无污染、效率高，便于实现自动化生产，较适用于SiC预制件的制备。融熔铝合金液浸渗采用真空压力浸渗工艺，这种方法制备得到的复合材料致密无孔洞，综合性能高。 

SiC预制件制备过程中，加入适量淀粉作为造孔剂，其在高温下燃烧挥发在预制体中留下孔隙，从而可制备出多孔SiC预制件。调节淀粉用量，可以实现对SiC预制件孔隙率的控制，同时淀粉具有一定的粘结作用，可增强预制件的力学强度。多孔SiC预制件中的孔隙最终被铝所填充，其数量(体积分数）、形状与分布决定了AlSiC复合材料中铝的体积分数与分布。预制件的力学强度也决定了其在浸渗过程中能承载的浸渗压力，从而为得到更为致密的复合材料提供了前提。因此，多孔SiC预制体的孔隙率、力学强度等性能直接决定了复合材料的组织和性能。多数研究者采用有机粘结剂或多种无机试剂混合反应后作为粘结剂。其中，有机粘结剂多具有毒性，易造成环境污染等问题，且有机粘结剂不能耐高温，在浸渗过程中因高温而失去作用，造成复合材料的力学强度下降；多种无机试剂混合反应后作为粘结剂，增加了工艺流程，降低了生产效率。因此，需要找出一个单一组分、使用方便且耐高温的粘结剂，以提高AlSiC复合材料的力学性能。 

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于SiC增强Al基复合材料的SiC预制件的制备方法，技术操作性强，工艺简单易行，成本低廉，易于控制；制备得到的SiC预制件孔隙率可控，具有良好的力学性能，能完全满足后续真空压力浸渗的需要，为得到性能优良的AlSiC复合材料提供了前提。 

本发明的目的通过以下技术方案实现： 

一种用于SiC增强Al基复合材料的SiC预制件的制备方法，包括以下步骤： 

（1）将造孔剂淀粉加入到粘结剂分析纯Al(H₂PO₄)₃中，混合均匀，得到均匀混合物；将均匀混合物加入到ɑ-SiC原料中，再次混合均匀，并经烘干、过筛后得到预制件材料；所述淀粉的质量为ɑ-SiC原料、粘结剂和淀粉质量之和的4～12%；所述粘结剂的质量为ɑ-SiC原料、粘结剂和淀粉质量之和的7～15%； 

（2）将步骤（1）得到的预制件材料装入模具，使用液压机模压成型得到SiC预制件湿坯； 

（3）步骤（2）得到的SiC预制件湿坯经烧制后得到SiC预制件。 

步骤（3）所述烧制，烧成参数具体为：