CN102184873A - 一种快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法，其特征是按重量百分比，将10～15%的粘接剂，5～20%的石墨，20～40%的硅粉，30～60%的金刚石湿混16～24h。然后在100～200℃和10～50MPa压力下温压成形获得复合材料毛坯。在氩气气氛中1000～1100℃烧结16～24h，冷却后得到具有一定强度和孔隙度的金刚石/硅/碳多孔基体。将所制备的金刚石/硅/碳多孔基体置于石墨坩埚中，用液相渗透的渗料填埋后将坩埚整体置于高真空烧结炉中进行真空液相渗透0.5-1h，渗透温度1450～1550℃，真空度-0.08～-0.01MPa。冷却后即获得致密的金刚石-碳化硅电子封装材料。

Description

一种快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法
技术领域
本发明属于一种快速制备电子封装材料的方法，特别涉及一种金刚石-碳化硅电子封装材料的制备方法。
背景技术
电子元器件在工业发展中发挥着极其重要的作用，其应用领域也越来越广泛，为了满足各领域因不断发展而提出的新要求，电子元器件的性能也在不断提高。事实证明只有功率更大、体积更小、质量更轻、集成密度更高、性能更高、成本更低的电子元器件才能满足未来工业发展的需求。然而电子元器件功率越高，体积越小，其稳定性和寿命则会因为高发热量而受到极大的影响，这对电子封装材料的导热性能和热稳定性能也提出了更高的要求。
Cu、W、Mo、Invar合金、Kovar合金等第一代传统封装材料由于综合性能较差已经无法满足工业需求。SiC/Al、SiC/Cu、Si/Al等第二代电子封装材料能尽量充分利用各组分的优点，而将其不足之处的影响降低到最小，获得的电子封装材料各项性能指标均优于传统封装材料，因此复合材料是未来电子封装材料的发展方向。第二代电子封装材料取得了成功，然而现在电子元件因为集成度和功率提高而引起的发热量正以每三年四倍的速度快速提高，第二代封装材料的性能也很有限，因此必须开发热导率更高，热稳定性更好的第三代电子封装材料。金刚石-碳化硅复合材料具有极高的热导率和热稳定性，热膨胀系数也较佳，是理想的电子封装材料。但是，由于金刚石和碳化硅的热稳定性和硬度很高，目前该复合材料的制备方法很单一，对设备要求高，工艺周期长，生产成本也较高，大大限制了金刚石-碳化硅复合材料的规模化生产和应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有制备金刚石-碳化硅电子封装材料方法存在的不足，提供一种快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法，该方法可制备具有高致密度、复杂形状、高性能的金刚石-碳化硅电子封装材料零件，该方法周期短，对设备要求低。本发明是通过以下技术方案实现的：
1、一种快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法，包括步骤：制备金刚石/硅/碳多孔基体，将所制备的金刚石/硅/碳多孔基体置于石墨坩埚中，用液相渗透的渗料填埋，然后整体置于高真空烧结炉中进行真空液相渗透0.5-1h，渗透温度1450～1550℃，真空度-0.08～-0.01MPa。随炉冷却后即可获得致密的金刚石-碳化硅电子封装材料。
其中，气相渗透的渗料为纯硅。
2、所述金刚石/硅/碳多孔基体的制备方法包括步骤：按重量百分比，将10～15%的粘接剂，5～20%的石墨，20～40%的硅粉，30～60%的金刚石颗粒湿混，混合时间16～24h。然后在10～50MPa压力和100～200℃的温度下温压成形获得复合材料毛坯。在氩气保护气氛中1000～1100℃烧结16～24h，随炉冷却后得到具有一定强度和孔隙度的金刚石/硅/碳多孔基体。
其中，是粘接剂为酚醛树脂，硅粉粒径-300目（30-50μm），金刚石颗粒粒径为50～500目（30～300μm），湿混的溶剂为无水乙醇或丙酮。
本发明的优点在于：
1)        液相渗透法制备金刚石-碳化硅电子封装材料的工艺要求较低，制备温度1450～1550℃，常压或低真空，工艺周期很短，制备工艺简单，对设备要求较低，生产成本较低。因此，本发明适合于规模化生产；
2)        由液相渗透工艺制备的金刚石-碳化硅电子封装材料致密度很高、结合强度大、力学性能和热性能较高，是良好的电子封装材料；
3)        根据金刚石-碳化硅电子封装材料零件形状，可以采用模形或粉末注射成形工艺制备金刚石/硅/碳多孔基体，实现复杂零件的近净成形，避免非常困难的后续加工，因此该方法可实现复杂形状金刚石-碳化硅零件的低成本制备，对于推动金刚石-碳化硅电子封装材料的发展与应用具有重要作用。
附图说明
图1 本发明制备的金刚石-碳化硅复合材料的截面扫描电镜形貌（200倍二次电子）。
图2 本发明制备的金刚石-碳化硅复合材料的断面扫面电镜形貌（200倍二次电子）。
具体实施方式
实施例1
按重量百分比，将15%的粘接剂酚醛树脂，10%的石墨，25%粒径为-300目的硅粉，50%粒径为-100目的金刚石颗粒湿混，混合时间20h。然后在50MPa压力和100℃的温度下温压成形获得复合材料毛坯。在氩气保护气氛中1050℃烧结24h，随炉冷却后得到密度为3.23g/cm3的金刚石/硅/碳多孔基体。
将所制备的金刚石/硅/碳多孔基体置于石墨坩埚中，用液相渗透的渗料纯硅填埋，然后整体置于高真空烧结炉中进行真空液相渗透0.5h，渗透温度1500℃，真空度-0.01MPa。随炉冷却后即可获得致密度为99.8%的金刚石-碳化硅电子封装材料。
实施例2
按重量百分比，将15%的粘接剂酚醛树脂，5%的石墨，20%粒径为-300目的硅粉，60%粒径为-500目的金刚石颗粒湿混，混合时间16h。然后在10MPa压力和150℃的温度下温压成形获得复合材料毛坯。在氩气保护气氛中1000℃烧结24h，随炉冷却后得到密度为3.56g/cm3的金刚石/硅/碳多孔基体。
将所制备的金刚石/硅/碳多孔基体置于石墨坩埚中，用液相渗透的渗料纯硅填埋，然后整体置于高真空烧结炉中进行真空液相渗透1h，渗透温度1450℃，真空度-0.01MPa。随炉冷却后即可获得致密度为99.9%的金刚石-碳化硅电子封装材料。
实施例3
按重量百分比，将10%的粘接剂酚醛树脂，10%的石墨，20%粒径为-300目的硅粉，60%粒径为-500目的金刚石颗粒湿混，混合时间24h。然后在30MPa压力和150℃的温度下温压成形获得复合材料毛坯。在氩气保护气氛中1100℃烧结24h，随炉冷却后得到密度为3.46g/cm3的金刚石/硅/碳多孔基体。
将所制备的金刚石/硅/碳多孔基体置于石墨坩埚中，用液相渗透的渗料纯硅填埋，然后整体置于高真空烧结炉中进行真空液相渗透0.5h，渗透温度1550℃，真空度-0.08MPa。随炉冷却后即可获得致密度为99.3%的金刚石-碳化硅电子封装材料。
实施例4
按重量百分比，将10%的粘接剂酚醛树脂，20%的石墨，40%粒径为300目的硅粉，30%粒径为-50目的金刚石颗粒湿混，混合时间24h。然后在50MPa压力和200℃的温度下温压成形获得复合材料毛坯。在氩气保护气氛中1100℃烧结24h，随炉冷却后得到密度为3.11g/cm3的金刚石/硅/碳多孔基体。
将所制备的金刚石/硅/碳多孔基体置于石墨坩埚中，用液相渗透的渗料纯硅填埋，然后整体置于高真空烧结炉中进行真空液相渗透1h，渗透温度1500℃，真空度-0.01MPa。随炉冷却后即可获得致密度为99.8%的金刚石-碳化硅电子封装材料。

Claims (3)

1.一种快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法，其特征在于：按重量百分比，将10～15%的粘接剂，5～20%的石墨，20～40%的硅粉，30～60%的金刚石颗粒进行湿混，混合时间16～24h；将混合物在10～50MPa压力和100～200℃的温度下温压成形获得复合材料毛坯；在氩气保护气氛中1000～1100℃烧结16～24h，随炉冷却后得到金刚石/硅/碳多孔基体；
将所制备的金刚石/硅/碳多孔基体置于石墨坩埚中，用液相渗透的渗料填埋，然后整体置于高真空烧结炉中进行真空液相渗透0.5-1h，渗透温度1450～1550℃，真空度-0.08～-0.01MPa；随炉冷却后获得致密的金刚石-碳化硅电子封装材料。
2.根据权利要求1所述的快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法，其特征在于：所述的粘接剂为酚醛树脂，所述的硅粉粒径-300目，所述的金刚石颗粒粒径为50～500目，所述湿混采用的溶剂为无水乙醇或丙酮。
3.根据权利要求1所述的快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法，其特征在于：所述的液相渗透的渗料为纯硅。
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