[发明专利]一种高硬度、高散热、低膨胀铝基瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体技术领域，尤其是涉及一种用于功率半导体芯片的铝基瓷复合材料。

背景技术

功率半导体在产品节能中发挥着巨大的作用。在可预见的将来，无论是水电、核电、火电还是风电，甚至各种电池提供的化学电能，将是人类消耗的最重要能源。其中75%以上的电能应用需由功率半导体进行变换以后才能供电子设备使用，而且功率半导体还能使电能的利用更高效、更节能、更环保，给使用者提供更多的方便。因此，功率半导体的发展应用前景将非常广阔。应用范围正从传统的工业控制领域——4C领域（计算机、通信、消费类电子产品和汽车电子）扩展到国民经济与国防建设的各个方面。

尽管我国拥有国际上最大的功率半导体市场，但是目前国内功率半导体产品的研发与国际大公司相比还存在很大差距，特别是高端器件差距更加明显。以IGBT为例，核心技术均掌握在发达国家企业手中，IGBT技术集成度高的特点又导致了较高的市场集中度。跟国内厂商相比，英飞凌、三菱电机、富士电机和日立等国际厂商占有绝对的市场优势。形成这种局面的原因，一是国际厂商起步早，研发投入大，尤其是在传统的硅基半导体领域形成了专利壁垒。二是国外高端制造业水平比国内要高很多，一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。中国功率半导体产业的发展必须改变目前技术处于劣势的局面，特别是要在产业链上游层面取得突破，改变目前功率器件领域封装强于芯片的现状。

总体来看，当前功率半导体的技术发展方向是：第一、高硬度、高散热、低膨胀铝基瓷材料芯片的采用；第二、功率半导体里面搭载的各种功能；第三、在封装技术上，通过摒弃了绑定线，使功率半导体的寿命更长、稳定性更好、功率密度更大。因此，我国功率半导体企业需要认清技术发展趋势，加强技术力量的引进和消化吸收，以市场带动设计，以设计促进芯片，以芯片壮大产业，加大国内功率半导体技术的创新力度和提高产品性能，从而满足市场需求，促进功率半导体市场的健康发展以及国内电子信息产业的技术进步与产业升级。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种高硬度、高散热、低膨胀铝基瓷复合材料。本铝基瓷复合材料具有高强度、低密度、高导热率和高比刚度。

本发明的技术方案如下

一种高硬度、高散热、低膨胀铝基瓷复合材料，其制备方法为将构成所述复合材料的基材烧结后进行渗铝得到，所述基材的原料及各原料的质量百分数为：绑结剂8~5%，镁粉0.5~1.0%，其余为碳化硅，所述绑结剂为羟丙基甲基纤维素。

一种高硬度、高散热、低膨胀铝基瓷复合材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）制备基材：将绑结剂加入质量为绑结剂质量的6~9倍的水中，搅拌产生泡沫，然后滴加消泡剂1~2滴进行消泡；随后分别加入镁粉和碳化硅，搅拌均匀，倒入模具内压铸成型；所述原料的质量百分数为：绑结剂8~5%，镁粉0.5~1.0%，其余为碳化硅，所述绑结剂为羟丙基甲基纤维素；

（2）烧结基材：将压铸成型的基材投入远红外加热炉内，在10~30分钟内加热到温度200~300℃度，保持加热10~30分钟，然后在10~30分钟内加热到1500~1800℃，加热30分钟；

  （3）基材渗铝：将烧结后的基材投入太极迁渗炉内，在负压-1.5~-2.0MPa的条件下加热基材到500℃，同时将铝液在800~850℃下熔融，将熔融铝液倾倒在基材上，倾倒完毕后向太极迁渗炉内充入氮气或氦气，使腔体内压力控制在1.5~2.0 MPa，加压时间1~3分钟，然后迅速降温到500℃，最后缓慢冷却至室温即可。

所述远红外加热炉的结构为：包括炉体、炉壁、炉门，所述炉壁内侧贴合一层能够辐射远红外线的陶瓷，炉壁内铺设有燃气输送管，所述燃气输送管位于所述陶瓷和炉壁之间，所述燃气输送管位于炉体外部的一端连接点火装置。

所述燃气输送管中通入的燃烧物质为可燃气体或可燃油品。所述能够辐射远红外线的陶瓷为生物炭或碳纤维制品。

所述可燃气体包括但不限于天然气、甲烷、乙烷、丙烷、辛烷、沼气；所述可燃油品包括但不限于甲醇、乙醇、石油制品、可燃冰、植物油、动物油。所述生物炭包括但不限于高温竹炭、竹炭粉、竹炭粉纤维；所述碳纤维制品包括但不限于碳纤维地暖片、碳纤维发热电缆、碳纤维暖气片。