鋁碳化硅制備方法、所得鋁碳化硅及電子元器件封裝底板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁碳化硅材料領(lǐng)域，特別地，涉及一種鋁碳化硅制備方法、所得鋁碳化 硅及電子元器件封裝底板。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子元器件集成度不斷提高和電力半導(dǎo)體器件功率不斷增大，對(duì)電子封裝器 件可靠性的要求也越來(lái)越高，對(duì)用于電子封裝的底板材料和結(jié)構(gòu)提出了新的要求。傳統(tǒng)的 銅底板雖然導(dǎo)熱性能良好，但其膨脹系數(shù)與電力電子元器件的陶瓷基板及半導(dǎo)體芯片不匹 配，影響了器件的可靠性，難以滿足大功率電力電子器件的使用要求。
[0003] 現(xiàn)有鋁碳化硅材料組織內(nèi)部均勻性較差，降低了其作為電子器件封裝底板使用的 各項(xiàng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種可提高鋁碳化硅組織均勻性的制備方法，該方法制得的鋁碳化 硅材料組織內(nèi)部顆粒均勻，可避免滲鋁過(guò)程中鋁液對(duì)表面碳化硅粉末的沖刷，提升鋁碳化 硅材料的均勻性。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鋁碳化硅的制備方法，包括填粉和滲鋁，填粉 步驟包括：將粉料填充至鋁基板的凹槽中，形成粉料板；在粉料板的表面鋪設(shè)厚度為0. 5_ 的鋁箔；鋁碳化硅中不加除鋁和碳化硅以外的其他添加劑。
[0006] 進(jìn)一步地，還包括粉料的配制過(guò)程，過(guò)程包括將D5(l為10~15ym的球形碳化硅粉 與D5(l為70~80ym的球形碳化娃粉按體積比為1 :3混合，過(guò)50目篩。
[0007] 進(jìn)一步地，過(guò)程包括將D5(l為12ym的球形碳化娃粉與D5(|為73ym的球形碳化娃 粉按體積比為1 :3混合。
[0008] 進(jìn)一步地，滲鋁的步驟中，滲鋁壓力為5MPa，保壓時(shí)間為10分鐘。
[0009] 進(jìn)一步地，滲鋁的步驟包括將表面鋪設(shè)鋁箔的粉料板浸入750°C的熔融鋁液中，在 室溫下先抽真空至700Pa，之后再加壓至5MPa保壓時(shí)間為10分鐘滲鋁。
[0010] 進(jìn)一步地，鋁基板為厚5mm的鋁塊，鋁塊表面至少設(shè)置一個(gè)深度為3mm的方型槽。
[0011] 進(jìn)一步地，鋁基板包括鋁金屬區(qū)和填充區(qū)，填充區(qū)為開(kāi)設(shè)于鋁金屬區(qū)內(nèi)的凹槽，填 充區(qū)中填充碳化硅粉末。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種按上述方法制得的鋁碳化硅，包括鋁金屬區(qū) 和鋁碳化硅區(qū)，鋁碳化硅區(qū)嵌入鋁金屬區(qū)內(nèi)，鋁碳化硅區(qū)的一面裸露。
[0013] 進(jìn)一步地，鋁碳化硅熱導(dǎo)率為250~280W/mK;在50~150°C下熱膨脹系數(shù)為6~ 7ppm/K〇
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種上述鋁碳化硅制成的電子元器件封裝底板。
[0015] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0016] 本發(fā)明提供的鋁碳化硅制備方法通過(guò)在碳化硅粉料的表面鋪設(shè)0. 5_厚的鋁箔， 再進(jìn)行滲鋁，可防止?jié)B鋁過(guò)程中鋁液對(duì)碳化硅層的沖刷，保證滲鋁步驟后所得鋁碳化硅材 料內(nèi)部組織均勻。而且本發(fā)明提供的方法在未加入任何添加劑的情況下，保持了鋁碳化硅 材料的抗彎強(qiáng)度，從而將所得鋁碳化硅材料的熱導(dǎo)率提高至250~280W/mK。
[0017] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0019] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的鋁基板俯視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0021] 若未特別指明，本文中及實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常 規(guī)手段。
[0022] 本文中涉及到的百分號(hào)" ％"，若未特別說(shuō)明，是指質(zhì)量百分比；但溶液的百分比， 除另有規(guī)定外，是指溶液l〇〇ml中含有溶質(zhì)若干克；液體之間的百分比，是指在20°C時(shí)容量 的比例。
[0023] 本發(fā)明提供的鋁碳化硅制備方法中包括填粉和滲鋁步驟。這些步驟中未特別限定 的內(nèi)容均可按常規(guī)步驟進(jìn)行。其中填粉步驟包括將粉料填充至鋁基板中，得到粉料板。粉 料板為將碳化硅粉料填充至鋁板表面的凹陷中。該凹陷形狀深度不限，但不可穿透鋁板。
[0024] 現(xiàn)有滲鋁步驟中，如未在碳化硅表面鋪設(shè)鋁箔，則鋁液淹沒(méi)該碳化硅粉料時(shí)，填料 后的碳化硅粉料會(huì)受到鋁液的沖刷而發(fā)生局部堆積。在經(jīng)過(guò)壓實(shí)的碳化硅粉料表面鋪設(shè)厚 度為0. 5_的鋁箔。通過(guò)在填粉后的碳化硅粉末表面設(shè)置該厚度的鋁箔，可以減少鋁液對(duì) 碳化硅粉料的沖刷，從而提高了滲鋁步驟后所得鋁碳化硅材料的內(nèi)部組織均勻性。同時(shí)還 能提高所得鋁碳化硅材料內(nèi)部鋁液對(duì)碳化硅顆粒包覆的均勻性，從而提高所得鋁碳化硅材 料的性能。過(guò)厚的鋁箔無(wú)法達(dá)到該效果。
[0025] 現(xiàn)有技術(shù)中，為了保證預(yù)制件的抗彎強(qiáng)度，在制備鋁碳化硅時(shí)均會(huì)在碳化硅粉末 或滲鋁過(guò)程中，向鋁碳化硅中加入諸如粘結(jié)劑等其他添加劑。這些添加劑的加入導(dǎo)致所得 鋁碳化硅的熱導(dǎo)率降低至150W/mK。采用本發(fā)明提供的方法制得的鋁碳化硅在未使用任何 其他添加劑，僅包含鋁和碳化硅兩種材料的情況下，所制得的鋁碳化硅材料抗彎強(qiáng)度與加 入添加劑后的相同。而且由于未添加其他添加劑，從而提高了所得鋁碳化硅材料的導(dǎo)熱性 能，其熱導(dǎo)率可達(dá)到250~280W/mK。
[0026] 優(yōu)選此處的鋁基板如圖1所示，包括鋁金屬區(qū)100和填充區(qū)200。由此可知，鋁基 板的填充區(qū)200中填充碳化硅粉末，在后續(xù)步驟中，該區(qū)域內(nèi)的碳化硅中滲入鋁液，形成鋁 碳化硅材料。而鋁金屬區(qū)100則仍然為鋁。采用該結(jié)構(gòu)的材料作為電子元件封裝底板時(shí)， 即可保留鋁碳化硅區(qū)，提高電子元器件陶瓷板與底板之間的匹配性，鋁金屬區(qū)100又具有 良好的導(dǎo)熱性，保證了底板良好的散熱性能。鋁金屬區(qū)100加工安裝孔較易，提高了底板的 安裝方便性。
[0027] 優(yōu)選的，配粉步驟包括將D5Q為10~15ym的球形碳化硅粉與D5Q為70~80ym 的球形碳化硅粉按體積比為1 :3混合，過(guò)50目篩。按此比例混合此粒徑范圍的碳化硅球形 粉末，所得鋁碳化硅材料的熱膨脹系數(shù)降低，為50~150°C下，6~7ppm/K。該材料能更好 的與低膨脹系數(shù)電子元器件陶瓷基板的匹配。過(guò)50目篩，可以提高填粉時(shí)顆粒的均勻性， 避免過(guò)大顆粒對(duì)鋁碳化硅性能的影響。
[0028] 更優(yōu)選的，配粉步驟包括將D5(l為12ym的球形碳化硅粉與D5(|為73ym的球形碳 化硅粉按體積比為1 :3混合。此時(shí)所得鋁碳化硅的熱膨脹系數(shù)可達(dá)到150°C下，6ppm/K。
[0029] 優(yōu)選的，滲鋁步驟滲鋁時(shí)加壓5MPa，保壓時(shí)間為10分鐘。按此條件進(jìn)行滲鋁，可以 避免對(duì)碳化硅粉末的過(guò)度沖刷，提高所得鋁碳化硅處理內(nèi)部組織均勻性。降低縮孔率，提高 產(chǎn)品質(zhì)量。
[0030] 優(yōu)選的，滲鋁步驟包括將表面鋪設(shè)鋁箔的粉料板浸入750°C的熔融鋁液中，在室溫 下先抽真空至700Pa，之后再加壓至5MPa進(jìn)行滲鋁。按此條件進(jìn)行處理，可以提高所得鋁碳 化硅材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0031] 優(yōu)選的，鋁基板為厚5_的鋁塊，鋁塊表面至少設(shè)置一個(gè)深度為3_的方型槽。按 此尺寸設(shè)置凹槽可以避免采用整塊鋁碳化硅材料作為底板時(shí)，加工困難，安裝邊容易產(chǎn)生 裂紋的問(wèn)題。從而提高了精準(zhǔn)地控制安裝面的平面度，提高產(chǎn)品的安裝性能和產(chǎn)品的良率。
[0032] 上述方法減少了預(yù)制件生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低了生產(chǎn)成本。
[0033] 本發(fā)明另一方面還提供了一種按上述方法制備得到的鋁碳化硅。包括鋁金屬區(qū)和 鋁碳化硅區(qū)，鋁碳化硅區(qū)