一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法技术

本发明专利技术涉及电子封装件的制备方法，特别涉及一种含高体积分数SiC金属基复合电子封装件的制备方法。本发明专利技术按质量比，粘接剂：SiC颗粒＝1:3-5，配取粘接剂和SiC颗粒并混合均匀，得到SiC预制体备用料后，通过3D打印技术得到设定尺寸、形状的SiC坯体；接着采用低温多段烧结的方式得到SiC多孔预制体；然后进行金属熔液浸渗处理，得到成品。本发明专利技术可制备任意复杂形状的电子封装件，而且可高精度控制成型过程，能够精确控制SiC体积分数、孔隙率、预制体孔径和孔长，以此精确控制材料的力学性能和热物理性能。

【技术实现步骤摘要】
一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法
本专利技术涉及电子封装件的制备方法，特别涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法。
技术介绍
随着微电子器件向高性能、轻量化和小型化方向发展，对封装材料提出越来越苛刻的要求。传统的电子封装材料主要有塑料、金属及其合金、陶瓷，塑料具有密度小、绝缘性能好、成本低等优点，但存在热导率低、热膨胀系数大、强度低、耐湿性差等缺点，金属及其合金的机械性能好、散热性能好，但是其热膨胀系数高、密度大，陶瓷的热膨胀系数低、密度小，但是其热导率低，后续加工性能差、焊接性差，成本较高。SiC/Al复合材料具有强度高、热膨胀系数低、热导率高、密度低、成本低等优点，可广泛应用于航空航天、军事、电子信息等领域的电子封装，是目前电子封装材料的最佳选择。传统含SiC的金属基电子封装件的制备方法，首先通过混料、模压成型、烧结工艺得到SiC颗粒增强金属基复合材料，然后通过加工、焊接组装成所需形状，由于高体积分数SiC的金属基电子封装材料的可焊接性能、后续加工性能均很差，导致很难得到高体积分数SiC的电子封装材料，难以制备形状和结构复杂的电子封装件。因此，目前亟需探索一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，以便通过较短的制备流程，能够得到含高体积分数SiC、结构和形状复杂的金属基复合电子封装件。3D打印技术被广泛应用于各个领域，也可以用来制备SiC预制体，但是，3D打印过程中无法加压，只是通过激光融化粘结剂把SiC颗粒粘结在一起，因此，相比利用高温高压烧结制备的SiC预制体，采用3D打印制备的SiC预制体的强度较低，必须通过后续的低温多段烧结来增强3D打印坯体的力学性能。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术不足，提供一种结合3D打印技术制备含高体积分数SiC、结构形状复杂的金属基复合电子封装件的方法。本专利技术一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，包括以下步骤：步骤一按质量比，粘接剂：SiC颗粒＝1:3～5，配取粘接剂和SiC颗粒并混合均匀，得到SiC预制体备用料，所述SiC颗粒的粒径≤160μm；步骤二将步骤一所得SiC预制体备用料装入3D打印设备中，通过3D打印，得到设定形状、尺寸的SiC坯体；步骤三将步骤二所得SiC坯体进行低温多段烧结，得到SiC多孔预制体；所述低温多段烧结的工艺参数为：先升温至220-280℃，保温1-2h后再升温至380-420℃，保温1-2h，然后再继续升温至480-520℃，保温1-2h，随炉冷却至室温；步骤四对步骤三所得SiC多孔预制体进行金属合金熔液浸渗处理，得到成品。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤一中所述SiC颗粒由粒径为5～15μm的SiC颗粒、55～85μm的SiC颗粒、140～160μm的SiC颗粒按质量比，5～15μm的SiC颗粒：55～85μm的SiC颗粒：140～160μm的SiC颗粒＝1：1.5～2.5：8～10组成。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤一中所述粘接剂为尼龙粉末、石蜡、有机硅树脂中的至少一种。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，所述尼龙粉末的粒径为25-75μm。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤二中，所述3D打印的控制激光功率为20～200w，切片厚度为0.08mm～0.15mm，送料方式为单缸下送粉、双向铺粉方式，激光扫描速率为50-100mm/s。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤二中所述设定尺寸、形状的SiC预制体，其尺寸和空间形状通过三维设计软件设定，所述三维设计软件优选为CAD三维设计软件。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤二中，从室温加热至220-280℃时，控制升温速率为3-5℃/min；从220-280℃升温至380-420℃时，控制升温速率为1-3℃/min；从380-420℃升温至480-520℃时，控制升温速率为1.5-2℃/min。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤三所得SiC多孔预制体中的SiC体积分数为60％～75％。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤四中所述金属合金溶液浸渗处理方式为无压浸渗、气压浸渗、真空浸渗中的一种。本专利技术涉及一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，步骤四中，进行合金溶液浸渗处理时，所述合金成分可按性能要求进行自主设计。原理和优势本专利技术可制备任意复杂形状的电子封装件，成型过程可实现高精度控制，能够精确控制SiC体积分数、孔隙率、预制体孔径和孔长，可精确控制材料的力学性能和热物理性能。本专利技术可直接按照设计图纸制备产品，无需设计制造模具，不受SiC预制体结构复杂程度的影响。本专利技术无需后续机械加工和连接组装，避免了高体积分数的SiC复合材料焊接性能差的缺点，封装结构整体性的提高使其力学性能和热物理性能进一步提高，还能缩短生产周期。本专利技术所用SiC颗粒由粒径为5～15μm的SiC颗粒、55～85μm的SiC颗粒、140～160μm的SiC颗粒按质量比，5～15μm的SiC颗粒：55～85μm的SiC颗粒：140～160μm的SiC颗粒＝1：1.5～2.5：8～10组成。单一粒径的SiC颗粒间会存在无法填充SiC的铝带，一定质量比的多峰分布的SiC颗粒经过均匀混合后，小颗粒SiC很好地分布在大颗粒SiC空隙处，可以明显提高金属基复合材料的强度。本专利技术在3D打印时严格限定激光功率为20～200w，因为功率过低会导致粘接剂不能熔化而达不到粘结SiC颗粒的效果，进而使得SiC预制体的形状和尺寸难以控制，严重时，甚至会出现SiC预制体坍塌(这一现象在制备空间结构复杂、大尺寸SiC预制体的移样进烧结炉时尤为突出)；而功率过高会导致粘接剂出现过烧现象，达不到粘结作用，进而也会导致上述情况的出现。本专利技术在3D打印时严格限定切片厚度为0.08mm～0.15mm，因为层厚过小会导致送料推盖触动已烧结部分，层厚过大会导致激光烧结不完全，部分区域仍为粉末态。本专利技术在得到设定形状、尺寸的SiC坯体后，采用多段低温烧结的方式进行后续烧结。常规制备SiC多孔预制体的烧结温度为1000℃-1500℃，时间为2h～5h不等，本专利技术对3D打印的预制体进行后续低温多段烧结，在稍微延长烧结时间的前提下可以大幅降低烧结温度，节省能源成本。同时可避免常规高温直接烧结法因为升温过快导致SiC预制体低温下内部脱脂不完全和高温下产生大量气泡，从而避免SiC致密度和强度较低等情况的出现。本专利技术首先以3-5℃/min的速率升温至220-280℃并保温1-2h，该阶段主要是将温度升至尼龙脱脂温度，然后按1-3℃/min的速率升温至380-420℃并保温1-2h，该阶段主要是尼龙分解阶段，再以1.5-2℃/min速率升温至480-520℃保温1-2h，该阶段主要是SiC烧结粘合阶段。粘接剂分解均匀是得到高质量复合材料的前提，不同阶段选取不同的升温速率，是因为要在缩短烧结总时间的同时保证粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一按质量比，粘接剂：SiC颗粒＝1:3‑5，配取粘接剂和SiC颗粒并混合均匀，得到SiC预制体备用料；所述SiC颗粒的粒径≤160μm；步骤二将步骤一所得SiC预制体备用料，装入3D打印设备中，通过3D打印，得到设定形状、尺寸的SiC坯体；步骤三将步骤二所得SiC坯体进行低温多段烧结，得到SiC多孔预制体；所述低温多段烧结的工艺参数为：先升温至220‑280℃，保温1‑2h后再升温至380‑420℃，保温1‑2h，然后再继续升温至480‑520℃，保温1‑2h，随炉冷却至室温；步骤四对步骤三所得SiC多孔预制体进行金属熔液浸渗处理，得到成品。

【技术特征摘要】
1.一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一按质量比，粘接剂：SiC颗粒＝1:3-5，配取粘接剂和SiC颗粒并混合均匀，得到SiC预制体备用料；所述SiC颗粒的粒径≤160μm；步骤二将步骤一所得SiC预制体备用料，装入3D打印设备中，通过3D打印，得到设定形状、尺寸的SiC坯体；步骤三将步骤二所得SiC坯体进行低温多段烧结，得到SiC多孔预制体；所述低温多段烧结的工艺参数为：先升温至220-280℃，保温1-2h后再升温至380-420℃，保温1-2h，然后再继续升温至480-520℃，保温1-2h，随炉冷却至室温；步骤四对步骤三所得SiC多孔预制体进行金属熔液浸渗处理，得到成品。2.根据权利要求1所述的一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，其特征在于：步骤一中所述SiC颗粒由粒径为5～15μm的SiC颗粒、55～85μm的SiC颗粒、140～160μm的SiC颗粒按质量比，5～15μm的SiC颗粒：55～85μm的SiC颗粒：140～160μm的SiC颗粒＝1：1.5～2.5：8～10组成。3.根据权利要求1所述的一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法，其特征在于：步骤一中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红英，欧阳勋，赖永秋，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43