[发明专利]一种高导热电子封装材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子封装材料技术领域，提供了一种高导热电子封装材 料及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的不断发展，电子元器件集成化程度越来越高，发热 量也越来越大，微处理器及功率半导体器件在应用过程中常常因为温度 过高而无法正常工作,散热问题已成为电子信息产业发展面临的主要技 术瓶颈之一。传统的电子封装材料主要有：Al、Cu、Kovar合金、Invar 合金、W/Cu合金、Mo/Cu合金等。Al、Cu的热膨胀系数过大，与陶瓷基 片不匹配；Kovar合金、Invar合金热导率过低、热扩散能力差；W/Cu 合金、Mo/Cu合金密度较大，且导热性能无法满足现代大功率器件的电 子封装发展需要。

金刚石具有着良好的物理性能，其室温热导率为600-2200W/m·K， 热膨胀系数0.8×10^-6/K，可以将其与高导热金属复合来制备电子封装材 料。1995年美国开发了金刚石/铜复合材料，称之为Dymalloy，采用的 是真空浸渗法制备的复合材料，作为多芯片模块的基板使用，热导率可 达420W/m·K，CTE为5.48～6.5×10^-6/K，但制备工艺复杂、成本高。 2003年日本科学家Yoshida等通过高温高压（1420～1470K，4.5GPa） 制备出金刚石/铜复合材料，热导率最高达742W/m·K。俄罗斯Ekimov 等采用高温高压方法制备出导热可达900W/m·K的金刚石/铜复合材料， 但可以获得的体积很小，应用价值不大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高导热电子封装材料及 其制备方法。

本发明技术方案如下：

将220～500μm的金刚石颗粒、第三组元及纯铜粉三者按体积比均 匀混合，第三组元为钼粉或硅粉，其中金刚石颗粒所占体积分数为25%～ 50%，钼粉或硅粉所占体积分数为1%～4%，在还原炉中用氢气还原1～ 3.5小时，温度200～300℃，然后将其装入石墨模具中，采用放电等离 子烧结工艺：抽真空，再以150～200℃/min的升温速度加热到800～ 1100℃，并加压25～30Mpa，达到烧结温度后保温10～20分钟，随炉 冷却后取出脱模。

本发明的优点：

1本发明制备的电子封装材料热导率在350～760W/m·K，线膨胀系 数4.7～12×10^-6/K，提高了封装材料的可靠性，可满足高功率集成电路 对电子封装材料的需求。

2本发明可省去高温高压等的复杂高成本工艺，工艺简单、效率高。

3铬、钼、硅、钛、钨的加入可改善金刚石与铜的界面结合状态， 减小金刚石与铜的界面热阻，从而获得高导热性能的电子封装材料。

4使用碳化硅颗粒替代一部分金刚石颗粒，可在导热性能小幅下降 的同时大幅降低成本。

具体实施方式

高导热电子封装材料是由增强体、纯铜粉及第三组元即，铬或钼或 硅或钛或钨构成。首先按预先设计好的配比均匀混合，还原炉中用氢气 还原，时间1～5小时，温度200～400℃，然后将混合粉末装入石墨模 具中，采用放电等离子烧结工艺制备高导热电子封装材料。

所述的增强体为金刚石颗粒或金刚石颗粒与碳化硅颗粒的混合，在 材料中所占的体积分数25%～80%。其中金刚石颗粒尺寸7～500μm，在 材料中所占的体积分数为25%～80%；碳化硅颗粒尺寸1～120μm，在材 料中所占的体积分数为0%～50%。

所述的金刚石颗粒或金刚石颗粒与碳化硅颗粒的混合中金刚石颗 粒与碳化硅颗粒为未镀覆颗粒或镀铜的颗粒。

所述的放电等离子烧结工艺：抽真空，再以50～200℃/min的升温 速度加热到700～1100℃，并加压20～50MPa，达到烧结温度后保温1～ 20分钟，随炉冷却后取出脱模，制得高导热电子封装材料。

实施例1：

原料：粒径140μm的金刚石颗粒、粒径30μm的碳化硅颗粒、纯 铜粉、钼粉体积比为25：25：47：3。