本发明属于电子封装材料的制备领域，具体涉及一种碳化硅/cu复合材料的制备方法。
背景技术
金属基复合材料综合了增强相和金属基体各自的优点，铜基复合材料已成功应用于热沉材料及电触头材料。因此，将金刚石颗粒、碳化硅颗粒、碳纤维等热膨胀系数与密度均较低的增强相与铜基体复合可得到更为理想的电子封装材料，在电子封装领域也展现出了良好的应用前景。
电子工业的发展离不开电子封装的发展，20世纪最后二十年，随着微电子、光电子工业的巨变，为封装技术的发展创造了许多机遇和挑战，封装结构更加小型化，功率更高，功率密度大大增加，各种先进的封装技术不断涌现。当前电子封装材料应当具备以下几个特点：一是封装材料应具备优异的导热性能；二是封装材料的热膨胀系数应与芯片si（4.1×10-6k-1）或gaas（5.8×10-6k-1）等芯片相匹配；三是封装材料应具有一定的强度和硬度，以支撑和保护芯片；四是封装材料应具有良好的气密性，以防止大气中的水汽、有害离子等进入，使封装结构出现漏电、性能参数改变等失效情况；五是封装材料应尽量具有低密度，低密度有利于微电子器件的小型化、轻量化发展趋势；六是封装材料的生产成本应尽量低，效率尽量高，有利于大规模工业化生产。以上6个方面中优异的导热性能和合适的热膨胀系数是尤为重要，且较难实现的。
传统的电子封装材料主要分为三类，第一类是金属及合金电子封装材料，主要包括invar合金、kovar合金、w、mo、cu及al等，invar合金和kovar合金热膨胀系数低，与si、gaas等芯片可以较好的匹配，加工性能也较好，但缺点是热导率较低，且合金密度较大。w、mo电子封装材料具有较为合适的热膨胀系数，热导率也很高，足以满足封装需要，但是其缺点是密度过大，可焊接性差，价格也较为昂贵。cu、al价格低廉，易于加工，热导率高，具有很好的散热性能，密度也适中，但是热膨胀系数与si、gaas等微电子芯片相差过大。第二类是陶瓷电子封装材料，这类电子封装材料主要有si、al2o3、aln等，al2o3陶瓷基板应用较为普遍，有赖于其低廉的价格、合适的热膨胀系数及低的密度，但随着微电子器件向高功率、小型化发展，al2o3散热性能已远远不能满足散热要求。第三类是高分子类电子封装材料。高分子封装材料主要包括聚酯类、酚醛树脂、环氧树脂及有机硅类热固性树脂。热固性树脂的共同优点是密度低、绝缘性好、价格低廉、易于加工。但它们的缺点极为突出，以环氧树脂为例，热膨胀系数过高，且遇水易膨胀，热导率极低，且在使用过程中会发生老化等现象。可见，传统的封装材料，均不能很好地同时满足电子封装材料的各方面要求，亟需要开发新型电子封装材料，以满足越来越苛刻的电子封装领域的要求。sic/cu复合材料作为电子功能复合材料的优势逐渐被人们所认识，碳化硅增强铜基复合材料具有高热导率、低线膨胀系数、密度小等优点。目前sic/cu复合材料的大规模应用主要受制于两相间较差的润湿性和剧烈的界面反应。改善sic与cu间的润湿性、控制界面反应，是提高sic/cu电子封装材料综合性能的关键。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种碳化硅/cu复合材料的制备方法，通过改善cu与sic的润湿性，从而获得界面结合良好、高致密度的碳化硅/铜复合材料，此方法具有工艺简单、操作方便、产品性能良好等优点，使sic/cu复合材料拥有良好的导热性能、低的热膨胀系数并具有一定的机械强度。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种碳化硅/cu复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将酚醛树脂粉溶解于无水乙醇中，保证溶液中酚醛树脂粉的含量为5~12wt%；
（2）、按sic粉与无水乙醇的质量比为（1~1.2）∶1计，将sic粉加入步骤（1）所得溶液中，40~60℃搅拌均匀；
（3）、将搅拌均匀的浆料烘干，造粒过筛，将所得颗粒粉压制成型，得到sic坯体；
（4）、将sic坯体置于二氧化钛溶胶中浸渍处理；
（5）、取出步骤（4）浸渍后的sic坯体，干燥后煅烧，得到含tic涂层的sic坯体；
（6）、用铜粉包埋步骤（5）得到的sic坯体，在真空或者惰性气氛保护下1100~1300℃无压熔渗铜0.5~2h，随后自然降温冷却，即得到碳化硅/铜复合材料。
较好地，步骤（5）中，所述煅烧为分步煅烧：先400~500℃保温2~5h，再升温至900~1000℃保温1~2h，继续升温至1250~1550℃保温2~6h。
较好地，步骤（2）中，所述sic粉的平均粒径为5~10μm。
较好地，步骤（3）中，所述烘干的温度为70~80℃。
较好地，步骤（3）中，过60~100目筛。
较好地，步骤（3）中，压制成型的压力控制在100~200mpa。
较好地，步骤（4）中，浸渍的时间为6~12h。
较好地，步骤（5）中，干燥的温度为60~80℃。
本发明的目的在于提供一种用于电子封装材料的碳化硅-铜陶瓷基复合材料的制备方法，通过改善cu与sic的润湿性，从而获得高致密度、界面结合良好的碳化硅/铜复合材料，其原理是：对sic坯体进行浸渍二氧化钛溶胶处理，使其在高温煅烧作用下与酚醛树脂的热解碳反应得到碳化钛涂层，很好地改善了铜与sic的界面润湿性差的问题，继而熔融铜可自发渗入具有碳化钛涂层的sic坯体，得到界面结合状态良好的碳化硅-铜复合材料。此方法具有工艺简单、操作方便、产品性能良好等优点，sic/cu复合材料具有良好的机械强度、导热性能和低的热膨胀系数，在电子封装材料领域具有非常大的实用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1
一种碳化硅/cu复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将酚醛树脂粉溶解于无水乙醇中，配置酚醛树脂含量为8wt%的酚醛树脂-无水乙醇溶液；
（2）、按sic粉(平均粒径为5μm)与无水乙醇的质量比为1.2∶1计，将sic粉加入步骤（1）所得溶液中，40℃搅拌均匀；
（3）、将搅拌均匀的浆料70℃烘干，造粒过100目筛，将所得颗粒粉置于模具中，200mpa压制成型，得到sic坯体；
（4）、将sic坯体置于二氧化钛溶胶中浸渍处理12h；
（5）、取出步骤（4）浸渍后的sic坯体，80℃干燥，然后进行煅烧处理：先在500℃保温3h，再升温至950℃保温1.5h，继续升温至1300℃保温5h，得到含tic涂层的sic坯体；
（6）、用铜粉包埋步骤（5）得到的sic坯体，并置于石墨坩埚中，在真空气氛下1300℃无压熔渗铜反应1.5h，随后自然降温冷却，即得到碳化硅/cu复合材料。
本实施例制得的碳化硅/铜复合材料的密度为5.68g/cm3，热导率为135w/m·k（25℃），在25~1400℃下测得热膨胀系数为11.2m/m·k，抗弯强度为278mpa，断裂韧性为2.1mpa·m1/2。
实施例2
一种碳化硅/cu复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将酚醛树脂粉溶解于无水乙醇中，配置酚醛树脂含量为10wt%的酚醛树脂-无水乙醇溶液；
（2）、按sic粉(平均粒径为10μm)与无水乙醇的质量比为1∶1计，将sic粉加入步骤（1）所得溶液中，60℃搅拌均匀；
（3）、将搅拌均匀的浆料75℃烘干，造粒过60目筛，将所得颗粒粉置于模具中，150mpa压制成型，得到sic坯体；
（4）、将sic坯体置于二氧化钛溶胶中浸渍处理12h；
（5）、取出步骤（4）浸渍后的sic坯体，80℃干燥，然后进行煅烧处理：先在450℃保温5h，再升温至1000℃保温2h，继续升温至1400℃保温6h，得到含tic涂层的sic坯体；
（6）、用铜粉包埋步骤（5）得到的sic坯体，并置于石墨坩埚中，在真空气氛下1250℃无压熔渗铜反应2h，随后自然降温冷却，即得到碳化硅/cu复合材料。
本实施例制得的碳化硅/铜复合材料的密度为6.28g/cm3，热导率为176w/m·k（25℃），在25~1400℃下测得热膨胀系数为9.8m/m·k，抗弯强度为302mpa，断裂韧性为2.7mpa·m1/2。
实施例3
一种碳化硅/cu复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）、将酚醛树脂粉溶解于无水乙醇中，配置酚醛树脂含量为12wt%的酚醛树脂-无水乙醇溶液；
（2）、按sic粉(平均粒径为7.5μm)与无水乙醇的质量比为1.1∶1计，将sic粉加入步骤（1）所得溶液中，50℃搅拌均匀；
（3）、将搅拌均匀的浆料80℃烘干，造粒过80目筛，将所得颗粒粉置于模具中，100mpa压制成型，得到sic坯体；
（4）、将sic坯体置于二氧化钛溶胶中浸渍处理12h；
（5）、取出步骤（4）浸渍后的sic坯体，80℃干燥，然后进行煅烧处理：先在400℃保温3h，再升温至900℃保温1h，继续升温至1500℃保温3h，得到含tic涂层的sic坯体；
（6）、用铜粉包埋步骤（5）得到的sic坯体，并置于石墨坩埚中，在惰性气氛保护下1200℃无压熔渗铜反应1h，随后自然降温冷却，即得到碳化硅/cu复合材料。
本实施例制得的碳化硅/铜复合材料的密度为6.05g/cm3，热导率为150w/m·k（25℃），在25~1400℃下测得热膨胀系数为10.4m/m·k，抗弯强度为255mpa，断裂韧性为2.5mpa·m1/2。
对照例1
与实施例1的区别在于：步骤（5）中，所述煅烧过程是直接升温至1300℃保温5h，其它均同实施例1。
本对照例制得的碳化硅/铜复合材料的密度为5.43g/cm3，热导率为92w/m·k（25℃），在25~1400℃下测得热膨胀系数为13.2m/m·k，抗弯强度为187mpa，断裂韧性为1.7mpa·m1/2。