一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：（1）原料選擇及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）原料粉碎處理；（3）制備金剛石坯體；（4）制備金剛石/金屬復(fù)合材料。本發(fā)明工藝過程簡單，制備成本較低，能精確有效控制金剛石骨架的孔隙結(jié)構(gòu)，從而控制陶瓷相與金屬相之間的連通性、空間分布及整體性能；本發(fā)明通過B、Ti元素的加入，有效的改善了金剛石表面的浸潤性，提高了金剛石坯體與Al、Cu金屬之間的浸潤性能，從而使所制備的金屬復(fù)合材料具有良好的界面結(jié)合性和組織致密性，同時(shí)具有優(yōu)異的高導(dǎo)熱、低膨脹和機(jī)械強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)，是一種綜合性能優(yōu)異的電子封裝用金屬復(fù)合材料，市場前景廣闊。
【專利說明】一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子元器件集成化程度越來越高，發(fā)熱量也越來越大，微處理器及功率半導(dǎo)體器件在應(yīng)用過程中常常因?yàn)闇囟冗^高而無法正常工作，因此高導(dǎo)熱性能的電子封裝材料的開發(fā)成為了限制電子信息技術(shù)發(fā)展的一大瓶頸。另外，微電子封裝材料不僅要有高的熱導(dǎo)率，還必須具有與半導(dǎo)體材料相匹配的熱膨脹系數(shù)。目前研究主要集中于以高導(dǎo)熱碳纖維、高定熱解石墨、金剛石作增強(qiáng)相來制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其中，高導(dǎo)熱碳纖維和高定向熱解石墨都存在各向異性和生產(chǎn)成本昂貴的問題，金剛石具有著良好的物理性能，其室溫?zé)釋?dǎo)率為600?22001/ (111 - 1(),熱膨脹系數(shù)0.8 X 10-6/1(,且不存在各相異性，并且隨著人工合成金剛石技術(shù)的不斷成熟，生產(chǎn)成本大幅下降，使得人造金剛石在復(fù)合材料中的大規(guī)模應(yīng)用成為可能，國內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)及公司已經(jīng)開始利用原材料價(jià)格較低的金剛石來制備金剛石/金屬復(fù)合材料，以此來獲得高導(dǎo)熱、低膨脹的理想封裝材料。但由于金剛石與金屬材料之間的潤濕性極差，難以直接制備出致密的復(fù)合材料，目前，國內(nèi)制備的金剛石金屬復(fù)合材料往往存在較大的孔隙，使得復(fù)合材料的導(dǎo)熱率顯著下降，不能滿足電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，能夠解決現(xiàn)有電子封裝用金屬復(fù)合材料存在的上述問題。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)原料選擇及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):以金剛石作為連續(xù)多孔相，以8、III作為界面改性齊0，以八1和作為金屬相；在復(fù)合材料中，金剛石占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的45?60%，8和III占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的5?10%，金屬八1和。銅占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的30?50% ；
(2)原料粉碎處理:將金剛石、8和III置入球磨機(jī)內(nèi)研磨混合，使混合物料的直徑為60?80 ^ III，然后干燥備用；將八1、合金粉體置入球磨機(jī)內(nèi)研磨，使其直徑為0.1?100111111，然后干燥備用；
(3)制備金剛石坯體:向步驟(2)中研磨的金剛石、8和III的混合粉中加入一定量的粘結(jié)劑，混勻后過篩，然后在5?81？3的壓力下預(yù)壓，再在1001下干燥，最后在15?20 1？3的壓力下壓制成帶有定向孔隙的金剛石坯體；
(4)制備金剛石/金屬復(fù)合材料:按步驟(1)中設(shè)計(jì)的體積分?jǐn)?shù)，將步驟(4)中得到的金剛石坯體置入溫度為600?7001的惰性氣體熔滲爐內(nèi)預(yù)熱45?60-11,再在其上放置石英過濾網(wǎng)，最后將研磨后的八1、。合金粉均勻鋪灑在石英過濾網(wǎng)，通過程序升溫，使八1、。合金粉經(jīng)熔融后通過石英過濾網(wǎng)低滲到金剛石坯體內(nèi)，最后，隨爐冷卻得到所述的金屬復(fù)合材料。
[0005]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟(1)中，所述八1和(311的質(zhì)量比例為1?2:1。
[0006]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟(2)中，所述研磨金剛石、8和III混合物料的條件為:球料比為25: 1，時(shí)間為450111 ；所述研磨八1和?；旌辖饘俜鄣臈l件為:球料比為 15:1，時(shí)間為 60111111。
[0007]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟(3)中，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇溶液，質(zhì)量濃度為25%，其添加量占金剛石、8和III混合粉質(zhì)量的5?10%。
[0008]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟(4)中，所述石英過濾網(wǎng)的孔徑為0.01?
0.05臟。
[0009]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟(4)中，所述程序升溫的方式為:將惰性氣體熔滲爐內(nèi)的溫度從預(yù)熱溫度以151 /111111的速率升溫至900?10001，恒溫保持30-11,再以301 /111111的速率升溫至1200?13001，恒溫保持1?2卜，最后以51 /111111的速率降低至室溫。
[0010]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述金屬復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為達(dá)800 1/ (111.10，界面導(dǎo)熱系數(shù)為7.11 X 1()4/熱膨脹系數(shù)為4.9父10-6#，抗彎強(qiáng)度為510即3。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其工藝過程簡單，制備成本較低，能精確有效控制金剛石骨架的孔隙結(jié)構(gòu)，從而控制陶瓷相與金屬相之間的連通性、空間分布及整體性能；本發(fā)明通過8、XI元素的加入，有效的改善了金剛石表面的浸潤性，提高了金剛石坯體與八1、011金屬之間的浸潤性能，從而使所制備的金屬復(fù)合材料具有良好的界面結(jié)合性和組織致密性，同時(shí)具有優(yōu)異的高導(dǎo)熱、低膨脹和機(jī)械強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)，是一種綜合性能優(yōu)異的電子封裝用金屬復(fù)合材料，市場前景廣闊。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例包括:
實(shí)施例1
本發(fā)明揭示了一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:
(1)原料選擇及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):以金剛石作為連續(xù)多孔相，以8、III作為界面改性齊0，以質(zhì)量比例為1:1的八1和。作為金屬相；在復(fù)合材料中，金剛石占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的45%，8和III占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的5%，金屬八1和。銅占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的50% ；
(2)原料粉碎處理:將金剛石、8和III置入球磨機(jī)內(nèi)研磨混合，在球料比為25:1的條件下研磨45-11，使混合物料的直徑為60?809 %然后干燥備用；將八1、合金粉體置入球磨機(jī)內(nèi)研磨混合，在球料比為15: 1的條件下研磨60111111，得到直徑為0.1?100111111的金屬混合粉，然后干燥備用； (3)制備金剛石坯體:向步驟(2)中研磨的金剛石、8和III的混合粉中加入占金剛石、8和III混合粉質(zhì)量的5%，質(zhì)量濃度為25%的聚乙烯醇溶液，混勻后過篩，然后在5腿^的壓力下預(yù)壓，再在1001下干燥，最后在151？3的壓力下壓制成帶有定向孔隙的金剛石坯體；
(4)制備金剛石/金屬復(fù)合材料:按步驟(1)中設(shè)計(jì)的體積分?jǐn)?shù)，將步驟(4)中得到的金剛石坯體置入溫度為6001的氮?dú)鈿夥盏娜蹪B爐內(nèi)預(yù)熱60-1再在其上放置孔徑為0.01?0.05111111的石英過濾網(wǎng)，最后將研磨后的41、011合金粉均勻鋪灑在石英過濾網(wǎng)，通過程序升溫，使八1、。合金粉經(jīng)熔融后通過石英過濾網(wǎng)低滲到金剛石坯體內(nèi)，最后，隨爐冷卻得到所述的金屬復(fù)合材料，其中，程序升溫的方法為:先將惰性氣體熔滲爐內(nèi)的溫度從預(yù)熱溫度以151 /111111的速率升溫至9001，恒溫保持30111111，再以301 /111111的速率升溫至12001，恒溫保持2卜，最后以51 /111111的速率降低至室溫。
[0014]實(shí)施例2
本發(fā)明揭示了一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:
(1)原料選擇及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):以金剛石作為連續(xù)多孔相，以8、III作為界面改性齊0，以質(zhì)量比例為2: 1的八1和。作為金屬相；在復(fù)合材料中，金剛石占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的60%，8和III占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的10%，金屬八1和。銅占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的30% ；
(2)原料粉碎處理:將金剛石、8和III置入球磨機(jī)內(nèi)研磨混合，在球料比為25:1的條件下研磨45-11，使混合物料的直徑為60?809 %然后干燥備用；將八1、合金粉體置入球磨機(jī)內(nèi)研磨混合，在球料比為15: 1的條件下研磨60111111，得到直徑為0.1?100111111的金屬混合粉，然后干燥備用；
(3)制備金剛石坯體:向步驟(2)中研磨的金剛石、8和III的混合粉中加入占金剛石、8和III混合粉質(zhì)量的10%，質(zhì)量濃度為25%的聚乙烯醇溶液，混勻后過篩，然后在8腿^的壓力下預(yù)壓，再在1001下干燥，最后在20 1？3的壓力下壓制成帶有定向孔隙的金剛石坯體；
(4)制備金剛石/金屬復(fù)合材料:按步驟(1)中設(shè)計(jì)的體積分?jǐn)?shù)，將步驟(4)中得到的金剛石坯體置入溫度為7001的氮?dú)鈿夥盏娜蹪B爐內(nèi)預(yù)熱45-1再在其上放置孔徑為0.01?0.05111111的石英過濾網(wǎng)，最后將研磨后的41、011合金粉均勻鋪灑在石英過濾網(wǎng)，通過程序升溫，使八1、。合金粉經(jīng)熔融后通過石英過濾網(wǎng)低滲到金剛石坯體內(nèi)，最后，隨爐冷卻得到所述的金屬復(fù)合材料，其中，程序升溫的方法為:先將惰性氣體熔滲爐內(nèi)的溫度從預(yù)熱溫度以151 /111111的速率升溫至10001，恒溫保持30111111，再以301 /111111的速率升溫至12001，恒溫保持1卜，最后以51 /111111的速率降低至室溫。
[0015]上述方法制備的金屬復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為達(dá)800 1/ (0 ? 10，界面導(dǎo)熱系數(shù)為7.11 X 1()4/熱膨脹系數(shù)為 4.抗彎強(qiáng)度為 5101？80
[0016]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)原料選擇及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):以金剛石作為連續(xù)多孔相，以8、III作為界面改性齊0，以八1和作為金屬相；在復(fù)合材料中，金剛石占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的45?60%，8和III占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的5?10%，金屬八1和。銅占復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的30?50% ； (2)原料粉碎處理:將金剛石、8和III置入球磨機(jī)內(nèi)研磨混合，使混合物料的直徑為60?80 ^ III，然后干燥備用；將八1、合金粉體置入球磨機(jī)內(nèi)研磨，使其直徑為0.1?100111111，然后干燥備用； (3)制備金剛石坯體:向步驟(2)中研磨的金剛石、8和III的混合粉中加入一定量的粘結(jié)劑，混勻后過篩，然后在5?81？3的壓力下預(yù)壓，再在1001下干燥，最后在15?20 1？3的壓力下壓制成帶有定向孔隙的金剛石坯體； (4)制備金剛石/金屬復(fù)合材料:按步驟(1)中設(shè)計(jì)的體積分?jǐn)?shù)，將步驟(4)中得到的金剛石坯體置入溫度為600?7001的惰性氣體熔滲爐內(nèi)預(yù)熱45?60-11,再在其上放置石英過濾網(wǎng)，最后將研磨后的八1、011合金粉均勻鋪灑在石英過濾網(wǎng)，通過程序升溫，使八1、。合金粉經(jīng)熔融后通過石英過濾網(wǎng)低滲到金剛石坯體內(nèi)，最后，隨爐冷卻得到所述的金屬復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述八1和的質(zhì)量比例為1?2: 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述研磨金剛石、8和III混合物料的條件為:球料比為25: 1，時(shí)間為45111111 ；所述研磨八1和混合金屬粉的條件為:球料比為15: 1，時(shí)間為60111111。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇溶液，質(zhì)量濃度為25%，其添加量占金剛石、8和胃11混合粉質(zhì)量的5?10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述石英過濾網(wǎng)的孔徑為0.01?0.05臟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述程序升溫的方式為:將惰性氣體熔滲爐內(nèi)的溫度從預(yù)熱溫度以151 /111111的速率升溫至900?10001，恒溫保持30-11,再以301 /111111的速率升溫至1200?13001，恒溫保持1?2卜，最后以51 /111111的速率降低至室溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的電子封裝用新型高導(dǎo)熱率金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述金屬復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為達(dá)800 1/ (111.10，界面導(dǎo)熱系數(shù)為7.11 X 1()4/熱膨脹系數(shù)為 4.抗彎強(qiáng)度為 5101？80
【文檔編號】C22C1/10GK104451238SQ201410716184
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】施建東 申請人:常熟市東濤金屬復(fù)合材料有限公司