[发明专利]一种表面改性碳化硅颗粒增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种表面改性碳化硅颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，该方法首先采用双温区化学气相沉积炉对碳化硅颗粒进行表面改性，减弱甚至阻止碳化硅颗粒与铜基体发生反应，然后在真空环境中通过机械压力浸渗法制备表面改性碳化硅颗粒增强铜复合材料。该方法简单有效，对于工业量级碳化硅颗粒表面改性要求有极佳的性能优势，制备的铜基复合材料致密度高，热膨胀系数低，热导率有明显提高，满足电子封装领域大功率器件散热对高导热热管理材料的迫切需求。

技术领域

本发明涉及电子封装材料技术领域，尤其是一种表面改性碳化硅颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着第三代半导体碳化硅、氮化镓等芯片的大量应用和高能激光武器的逐渐列装，市场对封装材料的散热要求日益严苛。现有的封装材料如铜/钼/铜、铝硅、铝碳化硅等散热能力有限，难以满足大功率电子器件封装需求，开发新型高导热电子封装材料已成为高功率器件发展应用急需解决的问题。

纯铜具有高导电、高导热、低热膨胀等优点，被广泛用于电子、热电等领域。然而，由于纯铜的强度以及硬度等机械性能较差，其应用受到了一定限制。在铜基体中添加碳化硅颗粒增强相，既保留了纯铜高导热优点又兼顾了碳化硅颗粒高强、耐磨、低密度及低膨胀等特性，满足电子封装器件低膨胀、高导热和轻质化要求，是一种极具竞争力的新型电子封装材料。

在碳化硅颗粒增强铜基复合材料中，碳化硅颗粒与铜基体润湿性差，并且高温下容易发生有害界面反应生成Cu₃Si和C，部分硅还会扩散至铜基体中影响铜基体导热性能，当硅含量从0.5ppm增加至1100ppm时，铜基体的热导率从401W/(m· K)下降至233W/(m·K)。因此，改善碳化硅颗粒与铜基体润湿性，避免二者界面反应，制备出综合性能优异的复合材料是碳化硅颗粒增强铜基复合材料领域的关键问题。

目前，碳化硅颗粒增强铜基复合材料的制备方法主要有真空热压烧结、放电等离子烧结、液相浸渗法等。放电等离子烧结和真空热压烧结的工艺流程复杂、成本高，难以制备出高致密度、复杂形状的复合材料部件；液相浸渗工艺简单、成本低，但是现有的液相浸渗方法如挤压浸渗、无压浸渗和气压浸渗制备的复合材料热导率不够理想，致密度不高。

发明内容

本发明提供一种表面改性碳化硅颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，用于克服现有技术中工艺流程复杂、成本高，制备的复合材料热导率不好和致密度不高等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种表面改性碳化硅颗粒增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：采用双温区化学气相沉积炉，在炉管旋转条件下对碳化硅颗粒进行表面改性，得到表面包覆锆镀层的改性碳化硅颗粒；

S2：对所述改性碳化硅颗粒进行混合造粒、成型处理，得到碳化硅预制件坯料；

S3：对所述碳化硅预制件坯料进行真空烧结，得到碳化硅预制件；

S4：在惰性气氛下对所述碳化硅预制件预热，转移至模具筒中，抽真空，向模具筒内加入铜液，对铜液施压以使铜液浸渗至碳化硅预制件孔隙中，冷却拆模，得到表面改性碳化硅颗粒增强铜基复合材料。

为实现上述目的，本发明还提出一种表面改性碳化硅颗粒增强铜基复合材料，由上述所述制备方法制备得到；所述铜基复合材料中表面改性碳化硅颗粒的体积百分数为55～75％，铜基体的体积百分数为25～45％。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明采用双温区化学气相沉积炉对碳化硅颗粒进行表面改性，改性过程中经炉管旋转带动内部碳化硅颗粒翻转，有助于碳化硅颗粒与反应产物全方位接触，实现碳化硅颗粒均匀化镀覆。该方法简单有效，对于工业量级碳化硅颗粒表面改性要求有着极佳的性能优势。