一種電子封裝材料制造技術

一種電子封裝材料，其特征在于，由基體和增強體組成，基體為鋁、銅、鋁合金或銅合金，增強體為占總質量百分比的0.5－30％石墨烯，石墨烯為層數1～20、1～5000μm2微小片狀或面積在1mm2以上的片狀；所述鋁或銅金屬中包含有Cr、Fe、Ti、W、B、或Mo元素，Cr、Fe、Ti、W、B、或Mo元素含量為0.05％～1％；本發明專利技術的優點是：高導熱，高強度，低密度，環保，可加工性能好；作為電子封裝材料，此復合材料有優異的性能，具有良好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及材料科學，特別涉及以鋁或銅為基體，以石墨烯為添加劑的一種電子封裝材料。
技術介紹
在微電子集成電路中，高度密集的微小元件在工作中產生大量熱量，芯片和封裝材料之間的熱膨脹系數不匹配會引起熱應力疲勞，而且封裝材料的散熱性能不佳會導致芯片過熱，兩者已經成 為電子電路器件的主要失效形式。根據集成電路的發展要求及電子元器件的工作環境，理想的電子封裝材料必須滿足以下基本要求:1)較低的熱膨脹系數(CTE)，能與Si，GaAs等半導體材料相匹配2)熱導率優良3)低密度4)氣密性好5)強度和剛度高6)良好的加工性能和焊接性能7)易于進行電鍍8)成本低廉常用的電子封裝材料主要有:Al203、Be0、AlN、Al、Cu、W、Kovar、W-Cu等，然而這些傳統材料已經不能滿足電子封裝材料的性能要求，Al2O3與Kovar的熱膨脹系數與Si, GaAs匹配，但熱導率太低；BeO的熱導系數與GaAs接近并具有良好的熱導特性，但有劇毒；Al、Cu具有高熱導率，但熱膨脹系數太大；W-Cu密度太大，AlN存在加工、電鍍性能差等問題。金屬基復合材料(MMC,Metal-Matrix Composites)可以將金屬基體的導熱性能和第二相增強體材料的低膨脹系數結合起來，獲得綜合性能良好的復合材料。石墨烯是世界上最堅固的材料(楊氏模量1.7TPa),理論比表面積高達2630m2/g，具有良好的導熱性(5000W/(m.k))和室溫下高速的電子遷移率(200000cm2/(V.s))。同時，其獨特的結構使其具有完美的量子霍爾效應、獨特的量子隧道效應、雙極電場效應等特殊的性質。由于石墨烯優異的性能，極大的比表面積和較低的生產成本(相對于碳納米管)，非常適合于開發高性能的復合材料。石墨烯各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就會彎曲變形來適應外力，而不必使碳原子重新排列，這樣就保持了結構的穩定。石墨烯中的電子在軌道中運動時，不會因晶格缺陷或摻雜原子而發生散射。由于原子間作用力較強，即使在常溫下周圍碳原子間發生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。基于石墨烯這些優良的性能，如果將其添加在金屬鋁或銅中制成電子封裝材料，將大大提高材料的電導率；石墨烯密度小，得到的復合材料的密度比金屬基體低；熱膨脹系數小；同時解決電子封裝復合材料中的界面潤濕問題，有利于降低界面熱阻；易于加工。因此，石墨烯金屬基復合材料對于電子封裝領域有廣闊的應用前景。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種電子封裝材料，是一種采用石墨烯作為第二相的銅基或鋁基電子封裝材料，具有性能良好、易開發、易加工、成本低的特點。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案為:一種電子封裝材料，由基體和增強體組成，基體為鋁、銅、鋁合金或銅合金，增強體為占總質量百分比的0.5 - 30%石墨烯，石墨烯為層數I 20、I 5000 μ m2微小片狀或面積在Imm2以上的片狀。所述的基體中包含有Cr、Fe、T1、W、B、或Mo元素，Cr、Fe、T1、W、B、或Mo元素含量占基體質量0.05% 1%。優選地,增強體石墨烯質量百分比為5 20%。本專利技術的優勢是:1、通過現有工藝:粉末冶金、溶滲、壓鑄法等工藝手段從而得到一種新型的電子封裝材料，無需開發新的工藝。2、作為電子封裝材料，具有良好的性能，不僅具有優異的導熱性能，更大大降低鋁、銅復合材料的熱膨脹系數，實現與半導體硅的熱膨脹相近，降低了半導體器件與封裝材料之間產生熱應力及熱裂紋的可能性，解決了金屬基電子封裝復合材料中常見的潤濕性問題。同時，材料剛度和硬度好，輕質，易于加工。3、鋁、銅作為常見的金屬材料，在地殼中含量豐富，易于開發，廣泛應用于各行各業，作為電子封裝材料的選材，成本低。4、金屬中含有Cr、Fe、T1、W、B、或Mo等元素可以有效改善金屬與石墨烯之間的界面結合，降低材料的界面熱阻。金屬鋁或銅熱導率較高，熱膨脹系數也高，加入的石墨烯是熱導率高，熱膨脹系數低的材料；鋁、銅不僅有比強度高，比剛度高等特點，而且，鋁、銅是除鐵以外最廉價、最常用的金屬，作為電子封裝材料的選材，具有很好的開發應用潛力。具體實施例方式實施例一一種電子封裝材料，由基體和增強體組成，基體為金屬鋁，增強體為占總質量百分比的10% %石墨烯，石墨烯為層數I 5、50 200 μ m2微小片狀，金屬鋁中Cr占其質量百分比為0.5%。本實施例獲得石墨烯均勻分布在鋁基體內的電子封裝材料。實施例二一種電子封裝材料，由基體和增強體組成，基體為金屬銅，增強體為占總質量百分比的0.5%石墨烯，石墨烯為層數3 7、200 500 μ m2微小片狀或面積在Imm2以上的片狀，金屬銅中Ti占其質量百分比為0.2%。本實施例獲得石墨烯均勻在銅基體內分布的電子封裝材料。 實施例三一種電子封裝材料，由基體和增強體組成，基體為鋁硅合金，鋁硅合金中硅的質量百分比為8%，增強體為占總質量百分比的15%石墨烯，石墨烯為層數I 5、1 5μπι2微小片狀或面積在Imm2以上的片狀，鋁硅合金中Fe占其質量百分比為0.3%。本實施例獲得石墨烯均勻分布在鋁硅基體內的電子封裝材料。實施例四一種電子封裝材料，由基體和增強體組成，基體為銅硅合金，銅硅合金中硅的質量百分比為20%，增強體為占總質量百分比的10%石墨烯，石墨烯為層數I 5、1 5μπι2微小片狀或面積在Imm2以上的片狀，銅硅合金中Fe占其質量百分比為0.5%。本實施例獲得石墨 烯均勻在銅硅基體中分布的電子封裝材料。權利要求1.一種電子封裝材料，其特征在于，由基體和增強體組成，基體為鋁、銅、鋁合金或銅合金，增強體為占總質量百分比的0.5 - 30%石墨烯，石墨烯為層數I 20、I 5000 μ m2微小片狀或面積在Imm2以上的片狀； 所述的基體中包含有Cr、Fe、T1、W、B、或Mo元素，Cr、Fe、T1、W、B、或Mo元素含量占基體質量0.05% 1%。2.根據權利要求1所述的一種電子封裝材料，其特征在于，增強體石墨烯質量百分比為5 20%。3.根據權利要求1所述的一種電子封裝材料，其特征在于，由基體和增強體組成，基體為金屬鋁，增強體為占總質量百分比的10 % %石墨烯，石墨烯為層數I 5、50 200 μ m2微小片狀，金屬鋁中Cr占其質量百分比為0.5%。4.根據權利要求1所述的一種電子封裝材料，其特征在于，由基體和增強體組成，基體為金屬銅，增強體為占總質量百分比的0.5%石墨烯，石墨烯為層數3 7、200 500 μ m2微小片狀或面積在Imm2以上的 片狀，金屬銅中Ti占其質量百分比為0.2%。5.根據權利要求1所述的一種電子封裝材料，其特征在于，由基體和增強體組成，基體為鋁硅合金，鋁硅合金中硅的質量百分比為8%，增強體為占總質量百分比的15%石墨烯，石墨烯為層數I 5、1 5 μ m2微小片狀或面積在Imm2以上的片狀,招娃合金中Fe占其質量百分比為0.3% ο6.根據權利要求1所述的一種電子封裝材料，其特征在于，由基體和增強體組成，基體為銅硅合金，銅硅合金中硅的質量百分比為20%，增強體為占總質量百分比的10%石墨烯，石墨烯為層數I 5、1 5 μ m2微小片狀或面積在Imm2以上的片狀,銅本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電子封裝材料，其特征在于，由基體和增強體組成，基體為鋁、銅、鋁合金或銅合金，增強體為占總質量百分比的0.5－30％石墨烯，石墨烯為層數1～20、1～5000μm2微小片狀或面積在1mm2以上的片狀；所述的基體中包含有Cr、Fe、Ti、W、B、或Mo元素，Cr、Fe、Ti、W、B、或Mo元素含量占基體質量0.05％～1％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王青，王亞平，郭永利，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61