一種用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法，包括以下步驟：（1）將造孔劑淀粉加入到粘結劑分析純Al(H2PO4)3中，混合均勻，得到均勻混合物；將均勻混合物加入到ɑ-SiC原料中，再次混合均勻，并經烘干、過篩后得到預制件材料；（2）將步驟（1）得到的預制件材料裝入模具，使用液壓機模壓成型得到SiC預制件濕坯；（3）步驟（2）得到的SiC預制件濕坯經燒制后得到SiC預制件。本發(fā)明技術操作性強，工藝簡單易行，成本低廉，易于控制；制備得到的SiC預制件具有適當?shù)目紫堵是乙子诳刂?，孔隙分布均勻，力學強度高，足以滿足后續(xù)液相滲Al需求。
【專利說明】—種用于S i C增強AI基復合材料的S i C預制件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電子封裝材料的制備方法，特別涉及一種用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著微電子器件向高性能、輕量化和小型化方向發(fā)展，微電子對封裝材料提出越來越苛刻的要求。傳統(tǒng)的封裝材料包括硅基板，金屬基板和陶瓷基板等。硅和陶瓷基板加工困難，成本高，熱導率低；金屬材料的熱膨脹系數(shù)與微電子芯片不匹配，在使用過程中將產生熱應力而翹曲。因此，這些傳統(tǒng)的封裝材料很難滿足封裝基板的苛刻需求。國內外新研發(fā)的散熱基板材料有金屬芯印刷電路板(MCPCB)、覆銅陶瓷板(DBC)和金屬基低溫燒結陶瓷基板(LTCC-M)。其中，金屬芯印刷電路板熱導率受到絕緣層的限制，熱導率低，且不能實現(xiàn)板上封裝；覆銅陶瓷板采用直接鍵合方式將陶瓷和金屬鍵合在一起，提高了熱導率，同時使得熱膨脹系數(shù)控制在一個合適的范圍，但金屬和陶瓷的反應能力低，潤濕性不好，使得鍵合難度高，界面結合強度低，易脫落；金屬基低溫燒結陶瓷基板對成型尺寸精度要求高，工藝復雜，也同樣存在金屬和陶瓷潤濕性不好、易脫落的難題。近年來，AlSiC復合材料由于原材料價格便宜，能近凈成形復雜形狀，且具有熱導率高、膨脹系數(shù)可調、比剛度大、密度小，使封裝結構具有功率密度高、芯片壽命長、可靠性高和質量輕等特點，在電子封裝領域展現(xiàn)出了良好的應用前景。
[0003]AlSiC電子封裝構件的制備方法由SiC預制件制備和融熔鋁合金液浸滲兩步組成。SiC預制件的制備是制備AlSiC復合材料的首要也是最重要的環(huán)節(jié)。目前，預制件的制備方法主要有模壓成型、美國AFT公司的粉末注射成型和美國CPS公司的QuicksetTM注射成型技術。另外，還有研究者使用凝膠注模成型法，這種方法工藝復雜，工藝過程不易控制，生產效率低，而且工藝中用到的有機物大多具有毒性，對環(huán)境造成污染。以上諸方法中，模壓成型法適用于一些結構簡單的構件，成型模具制造簡單、操作方便、周期短、無污染、效率高，便于實現(xiàn)自動化生產 ，較適用于SiC預制件的制備。融熔鋁合金液浸滲采用真空壓力浸滲工藝，這種方法制備得到的復合材料致密無孔洞，綜合性能高。
[0004]SiC預制件制備過程中，加入適量淀粉作為造孔劑，其在高溫下燃燒揮發(fā)在預制體中留下孔隙，從而可制備出多孔SiC預制件。調節(jié)淀粉用量，可以實現(xiàn)對SiC預制件孔隙率的控制，同時淀粉具有一定的粘結作用，可增強預制件的力學強度。多孔SiC預制件中的孔隙最終被鋁所填充，其數(shù)量(體積分數(shù))、形狀與分布決定了 AlSiC復合材料中鋁的體積分數(shù)與分布。預制件的力學強度也決定了其在浸滲過程中能承載的浸滲壓力，從而為得到更為致密的復合材料提供了前提。因此，多孔SiC預制體的孔隙率、力學強度等性能直接決定了復合材料的組織和性能。多數(shù)研究者采用有機粘結劑或多種無機試劑混合反應后作為粘結劑。其中，有機粘結劑多具有毒性，易造成環(huán)境污染等問題，且有機粘結劑不能耐高溫，在浸滲過程中因高溫而失去作用，造成復合材料的力學強度下降；多種無機試劑混合反應后作為粘結劑，增加了工藝流程，降低了生產效率。因此，需要找出一個單一組分、使用方便且耐聞溫的粘結劑，以提聞AlSiC復合材料的力學性能。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法，技術操作性強，工藝簡單易行，成本低廉，易于控制；制備得到的SiC預制件孔隙率可控，具有良好的力學性能，能完全滿足后續(xù)真空壓力浸滲的需要，為得到性能優(yōu)良的AlSiC復合材料提供了前提。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn):
[0007]—種用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)將造孔劑淀粉加入到粘結劑分析純Al(H2PO4)3中，混合均勻，得到均勻混合物；將均勻混合物加入到α-SiC原料中，再次混合均勻，并經烘干、過篩后得到預制件材料;所述淀粉的質量為α-SiC原料、粘結劑和淀粉質量之和的4?12% ;所述粘結劑的質量為α-SiC原料、粘結劑和淀粉質量之和的7?15% ；
[0009](2)將步驟(I)得到的預制件材料裝入模具，使用液壓機模壓成型得到SiC預制件濕坯；
[0010](3)步驟(2)得到的SiC預制件濕坯經燒制后得到SiC預制件。
[0011]步驟(3)所述燒制，燒成參數(shù)具體為:
[0012]O?110°C升溫時間為8?15min，110°C保溫L 5?2.5h，110?260°C升溫時間為 10 ?20min，260 ?340°C升溫時間為 L 5 ?2.5h，340°C保溫 L 5 ?2.5h, 340 ?500°C升溫時間為I?2h，500°C保溫I?2h，隨爐冷卻。
[0013]所述α-SiC原 料為粒徑為50?70 μ m的α-SiC顆粒。
[0014]所述模壓成型的工藝參數(shù)為:壓強為40?55Mpa,保壓2?5min。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0016](I)本發(fā)明采用的Al (H2PO4)3粘結劑，使用過程簡便，強度高，提高了本發(fā)明的SiC預制件的力學強度。
[0017](2)本發(fā)明選用淀粉作為造孔劑，造孔過程易于控制，并易于通過改變成型壓力和淀粉用量控制預制件的孔隙率，從而控制AlSiC復合材料中SiC增強體的體積分數(shù)，控制復合材料綜合性能。
[0018](3)本發(fā)明采用模壓成型工藝制備SiC預制件，具有工藝簡單易于控制，效率高，對設備要求低等優(yōu)點，為大規(guī)模的生產打下基礎。
[0019](4) SiC作為原材料,具有原材料成本低廉,易得的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1制備的SiC預制件的斷面形貌圖。
[0021]圖2為實例I制備的SiC預制件的三點抗彎強度撓曲伸長量與外加載荷之間關系圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0023]實施例1
[0024]本實施例的用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法，包括以下步驟:
[0025](I)將造孔劑淀粉加入到粘結劑分析純Al (H2PO4) 3中，混合均勻，得到均勻混合物；將均勻混合物加入到α-SiC原料中，再次混合均勻，并經烘干、過篩后得到預制件材料；所述淀粉的質量為α-SiC原料、粘結劑和淀粉質量之和的5% ;所述粘結劑的質量為α-SiC原料、粘結劑和淀粉質量之和的9% ;所述a-SiC原料為粒徑50 μ m的α-SiC顆粒；
[0026](2)將步驟(I)得到的預制件材料裝入模具，使用液壓機模壓成型得到SiC預制件濕坯；所述模壓成型的工藝參數(shù)為:壓強為50Mpa，保壓3min。
[0027](3)步驟(2)得到的SiC預制件濕坯經燒制后得到SiC預制件。
[0028]所述燒制的燒成參數(shù)為:0?110°C升溫時間為101111，1101:保溫211，110?2601:升溫時間為15min，260?340°C升溫時間為2h，340°C保溫2h，340?500°C升溫時間為lh20min，500°C保溫 1.5h，隨爐冷卻。
[0029]圖1為本實施例制備的SiC預制件斷面的SEM圖，可以看出，SiC預制件中存在較多孔隙，且孔隙分布較為均勻。
[0030]取本實施例制備的5個樣品(編號分別為I?5)進行測試，得到的三點抗彎強度撓曲伸長量與外加載荷關系圖如圖2所示。由圖2和表I可見，強度測試穩(wěn)定性較好，測試結果可靠性高；SiC預制件的三點抗彎強度達10.2Mpa，完全能滿足后續(xù)真空壓力浸滲對預制件強度的需求。
[0031]表I樣品I?5的最大載荷和三點抗彎強度值
[0032]
【權利要求】
1.一種用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)將造孔劑淀粉加入到粘結劑分析純Al(H2PO4) 3中，混合均勻，得到均勻混合物；將均勻混合物加入到α-SiC原料中，再次混合均勻，并經烘干、過篩后得到預制件材料；所述淀粉的質量為α-SiC原料、粘結劑和淀粉質量之和的4?12% ;所述粘結劑的質量為α-SiC原料、粘結劑和淀粉質量之和的7?15% ；(2)將步驟(I)得到的預制件材料裝入模具，使用液壓機模壓成型得到SiC預制件濕坯；(3)步驟(2)得到的SiC預制件濕坯經燒制后得到SiC預制件。
2.根據權利要求1所述的用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述燒制，燒成參數(shù)具體為:O?110°C升溫時間為8?15min，110°C保溫1.5?2.5h，110?260°C升溫時間為10?20min，260?340°C升溫時間為1.5?2.·5h，340°C保溫1.5?2.5h，340?500°C升溫時間為I?2h，500°C保溫I?2h，隨爐冷卻。
3.根據權利要求1所述的用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法，其特征在于，所述α-SiC原料為粒徑為50?70μπι的α-SiC顆粒。
4.根據權利要求1所述的用于SiC增強Al基復合材料的SiC預制件的制備方法，其特征在于，所述模壓成型的工藝參數(shù)為:壓強為40?55Mpa，保壓2?5min。
【文檔編號】C22C21/00GK103435353SQ201310287529
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權日:2013年7月9日
【發(fā)明者】李國強, 劉玫潭, 凌嘉輝, 劉家成 申請人:華南理工大學