專利名稱：高性能Diamond/SiC電子封裝材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種電子封裝材料的制備方法，特別涉及一種高性能Diamond/SiC電子封裝材料的制備方法。
背景技術(shù)：
科技發(fā)展使電子封裝材料在近幾年迅速發(fā)展，各種體積微小，功能強(qiáng)大的電子元器件在各行各業(yè)中發(fā)揮著極其重要的作用。集成電路未來必將朝著大功率、小型化、輕量化、高密度組裝化、低成本、高性能和高可靠性的方向發(fā)展。然而高集成度和高功率必然會(huì)導(dǎo)致集成電路的高發(fā)熱率，極大的熱量會(huì)嚴(yán)重影響了電子器件的穩(wěn)定性和壽命。采用具有高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、高熱穩(wěn)定性的電子封裝材料對(duì)電子元件進(jìn)行封裝，可以解決這個(gè)問題。傳統(tǒng)封裝材料由于各種不足之處而逐漸被SiC/Cu、SiC/Al、Si/Al等金屬基電子封裝材料取代。金屬基電子封裝材料的綜合性能獲得了電子行業(yè)充分的肯定，但是它們的熱物理性能也很有限。為了滿足未來高集成度、高發(fā)熱電子元器件的要求，必須開發(fā)新型高熱導(dǎo)、高穩(wěn)定性的電子封裝材料，Diamond/SiC電子封裝材料可滿足未來電子工業(yè)發(fā)展的需求。目前制備Diamond/SiC電子封裝材料的工藝方法主要有高溫高壓反應(yīng)燒結(jié)法、高溫高壓液相熔滲法、熱等靜壓法、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法等，這些方法要么對(duì)設(shè)備要求高，產(chǎn)品形狀簡(jiǎn)單， 需要進(jìn)行后續(xù)加工，而高硬度和低導(dǎo)電性使其加工成本大幅提高；要么工藝周期很長(zhǎng)，材料致密度不高，難以獲得高致密度高熱導(dǎo)率的Diamond/SiC電子封裝材料。此類方法的成本很高，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有制備Diamond/SiC電子封裝材料方法存在的不足， 提供一種Diamond/SiC電子封裝材料的制備方法，該方法可在較短工藝周期內(nèi)獲得具有高致密度、較復(fù)雜形狀、高性能的Diamond/SiC電子封裝材料零件。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種高性能Diamond/SiC電子封裝材料的制備方法，包括步驟制備Diamond/Si/C多孔基體，將氣相滲透的滲料純硅置于石墨坩堝中，將所制備的Diamond/Si/C多孔基體置于該石墨坩堝上，然后整體置于高真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空氣相滲透l_2h，滲透溫度1500 1650°C，真空度-0. 08 -0. OlMPa,隨爐冷卻后即可獲得致密的Diamond/SiC電子封裝材料。所述氣相滲透的滲料為純硅，使用純硅可與多孔基體內(nèi)碳充分反應(yīng)生成碳化硅， 形成金剛石-碳化硅復(fù)合材料，相容性和穩(wěn)定性更好，而且不會(huì)引入雜質(zhì)。所述Diamond/Si/C多孔基體的制備方法包括步驟按重量百分比，將10 15% 的粘接劑，5 20%的石墨，20 40%的硅粉，30 60%的金剛石顆粒濕混，混合時(shí)間16 24h ；然后在10 50ΜΙ^壓力和150°C的溫度下溫壓成形獲得復(fù)合材料毛坯；在氬氣保護(hù)氣氛中1100°C燒結(jié)Mh，隨爐冷卻后得到具有一定強(qiáng)度和孔隙度的Diamond/Si/C多孔基體。所述粘接劑為酚醛樹脂，硅粉粒徑-300目，金剛石顆粒粒徑為-500目或-100目， 濕混的溶劑為無水乙醇或丙酮。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)氣相滲透工藝可制備高性能Diamond/SiC電子封裝材料。由氣相滲透工藝制備的Diamond/SiC電子封裝材料內(nèi)部組織均勻，結(jié)合緊密，可保證Diamond/SiC電子封裝材料較高的力學(xué)性能；金剛石在熱處理過程中損傷較小，可保證Diamond/SiC電子封裝材料較高的熱性能；
(2)根據(jù)Diamond/SiC電子封裝材料零件形狀，可以采用模形或粉末注射成形工藝制備Diamond/Si/C多孔基體，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的近凈成形，避免非常困難的后續(xù)加工， 因此該方法可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀Diamond/SiC零件的低成本制備，對(duì)于推動(dòng)Diamond/SiC電子封裝材料的發(fā)展與應(yīng)用具有重要作用；
(3)原料經(jīng)混合、壓制、燒結(jié)后獲得的Diamond/Si/C多孔坯體通過一次周期為 l-2h的氣相滲透處理即可獲得致密化的Diamond/SiC電子封裝材料，材料制備工藝簡(jiǎn)單， 制備周期較短，適合于批量化生產(chǎn)。


圖1本發(fā)明制備的Diamond/SiC電子封裝材料的截面掃描電鏡形貌。圖2本發(fā)明制備的Diamond/SiC電子封裝材料的斷面掃面電鏡形貌。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
按重量百分比，將15%的粘接劑酚醛樹脂，15%的石墨，40%的粒徑-300目硅粉，30%粒徑為-100目的金剛石顆粒濕混，混合時(shí)間16h。然后在IOMI^a壓力和150°C的溫度下溫壓成形獲得復(fù)合材料毛坯。在氬氣保護(hù)氣氛中1100°C燒結(jié)Mh，隨爐冷卻后得到密度為3. 07g/ cm3 的 Diamond/Si/C 多孔基體。將氣相滲透的滲料純硅置于石墨坩堝中，將所制備的Diamond/Si/C多孔基體置于該石墨坩堝上，然后整體置于高真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空氣相滲透lh，滲透溫度1500°C， 真空度-0. OlMPa0隨爐冷卻后即可獲得致密度為99. 6%的Diamond/SiC電子封裝材料。實(shí)施例2
按重量百分比，將15%的粘接劑酚醛樹脂，10%的石墨，35%粒徑-300目的硅粉，40%粒徑為-100目的金剛石顆粒濕混，混合時(shí)間Mh。然后在30ΜΙ^壓力和150°C的溫度下溫壓成形獲得復(fù)合材料毛坯。在氬氣保護(hù)氣氛中1100°C燒結(jié)Mh，隨爐冷卻后得到密度為3. 24g/ cm3 的 Diamond/Si/C 多孔基體。將氣相滲透的滲料純硅置于石墨坩堝中，將所制備的Diamond/Si/C多孔基體置于該石墨坩堝上，然后整體置于高真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空氣相滲透2h，滲透溫度1650°C， 真空度-0. 08MPa。隨爐冷卻后即可獲得致密度為99. 8%的Diamond/SiC電子封裝材料。實(shí)施例3按重量百分比，將10%的粘接劑酚醛樹脂，20%的石墨，40%粒徑-300目的硅粉，30%粒徑為-500目的金剛石顆粒濕混，混合時(shí)間Mh。然后在30ΜΙ^壓力和150°C的溫度下溫壓成形獲得復(fù)合材料毛坯。在氬氣保護(hù)氣氛中1100°C燒結(jié)24h，隨爐冷卻后得到密度為3. 12g/ cm3 的 Diamond/Si/C 多孔基體。將氣相滲透的滲料純硅置于石墨坩堝中，將所制備的Diamond/Si/C多孔基體置于該石墨坩堝上，然后整體置于高真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空氣相滲透2h，滲透溫度1650°C， 真空度-0. 08MPa。隨爐冷卻后即可獲得致密度為99. 2%的Diamond/SiC電子封裝材料。實(shí)施例4
按重量百分比，將15%的粘接劑酚醛樹脂，5%的石墨，20%粒徑-300目的硅粉，60%粒徑為-500目的金剛石顆粒濕混，混合時(shí)間Mh。然后在50MPa壓力和150°C的溫度下溫壓成形獲得復(fù)合材料毛坯。在氬氣保護(hù)氣氛中1100°C燒結(jié)Mh，隨爐冷卻后得到密度為3. 53g/ cm3 的 Diamond/Si/C 多孔基體。將氣相滲透的滲料純硅置于石墨坩堝中，將所制備的Diamond/Si/C多孔基體置于該石墨坩堝上，然后整體置于高真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空氣相滲透2h，滲透溫度1650°C， 真空度-0. OlMPa0隨爐冷卻后即可獲得致密度為99. 8%的Diamond/SiC電子封裝材料。
權(quán)利要求
1.一種高性能Diamond/SiC電子封裝材料的制備方法，其特征在于，所述的高性能 Diamond/SiC電子封裝材料的制備方法包括制備的Diamond/Si/C多孔基體，將氣相滲透的滲料純硅置于石墨坩堝中，將所制備的Diamond/Si/C多孔基體置于該石墨坩堝上， 然后整體置于高真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空氣相滲透l_2h，滲透溫度1500 1650°C，真空度-0. 08 -0. OlMPa,隨爐冷卻后即可獲得致密的Diamond/SiC電子封裝材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能Diamond/SiC電子封裝材料的制備方法，其特征在于， 所述Diamond/Si/C多孔基體的制備方法包括步驟按重量百分比，將10 15%的粘接劑， 5 20%的石墨，20 40%的硅粉，30 60%的金剛石顆粒濕混，混合時(shí)間16 Mh ；然后在 10 50ΜΙ^壓力和150°C的溫度下溫壓成形獲得復(fù)合材料毛坯；在氬氣保護(hù)氣氛中1100°C 燒結(jié)Mh，隨爐冷卻后得到具有一定強(qiáng)度和孔隙度的Diamond/Si/C多孔基體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能Diamond/SiC電子封裝材料的制備方法，其特征在于， 所述粘接劑為酚醛樹脂，硅粉粒徑-300目，金剛石顆粒粒徑為-500目或-100目，濕混的溶劑為無水乙醇或丙酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能Diamond/SiC電子封裝材料的制備方法，其特征在于， 所述氣相滲透的滲料為純硅，使用純硅可與多孔基體內(nèi)碳充分反應(yīng)生成碳化硅，形成金剛石-碳化硅復(fù)合材料，相容性和穩(wěn)定性更好，而且不會(huì)引入雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高性能Diamond/SiC電子封裝材料的制備工藝，其特征是首先按重量百分比，將10～15%的粘接劑，5～20%的石墨，20～40%的硅粉，30～60%的金剛石顆粒濕混，混合時(shí)間16～24h。然后在10～50MPa壓力和150℃的溫度下溫壓成形獲得復(fù)合材料毛坯。在氬氣保護(hù)氣氛中1100℃燒結(jié)24h，隨爐冷卻后得到具有一定強(qiáng)度和孔隙度的Diamond/Si/C多孔基體。然后將氣相滲透的滲料置于石墨坩堝中，將所制備的Diamond/Si/C多孔基體置于該石墨坩堝上，然后整體置于高真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空氣相滲透1-2h，滲透溫度1500～1650℃，真空度-0.08～-0.01MPa。隨爐冷卻后即可獲得致密的Diamond/SiC電子封裝材料。本發(fā)明是一種周期短、工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求較低、成本低，并可制備復(fù)雜形狀致密Diamond/SiC電子封裝材料的方法。
文檔編號(hào)H01L23/29GK102176436SQ20111006527
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者任淑彬, 何新波, 劉榮軍, 吳茂, 曲選輝, 楊振亮 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)