SiC陶瓷基片的烧结工艺与SiCpAl复合材料的制备方法.pdf

·36·材料导报A：综述篇2012年3月(上)第26卷第3期

SiC陶瓷基片的烧结工艺与SiCp／Al复合材料的制备方法

王志勇，彭超群，王日初，王小锋，李婷婷，刘兵

(中南大学材料科学与工程学院，长沙410083)

摘要概述了电子封装基片材料的基本性能要求；讨论了SiC陶瓷基片常用的4种烧结工艺，即常压烧结、热
压烧结、反应烧结和放电等离子烧结；介绍了SiC『】／A1复合材料的制备方法，即搅拌铸造法、无压渗透法、喷射沉积
法、粉末冶金法；据此进一步提出了SiC陶瓷基片材料的发展方向。
关键词SiC热导率烧结工艺SiC。／A1复合材料

SinteringTechnologiesofSiCCeramicSubstrateandPreparation
MethodsofSiCp／AlComposites

WANGZhiyong，PENGChaoqun，WANGRichu，WANGXiaofeng，LITingting，LIUBing

(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083)

AbstractTheelementalrequirementsforelectronicpackagingsubstratematerialsareintroduced．Foursinte—
ringtechnologiesareanalyzed，i．e．pressurelesssintering，hotpresssintering。reactedsinteringandsparkplasmasin～
tering．ThepreparationmethodsofSiCp／A1compositesaredescribed，i．e．stircastingmethod，pressurelessinfiltra—
tionmethod，spraydepositionmethod，powdermetallurgymethod．Futuretrendsareputforwardaccordingly．
KeywordsSiC，thermalconductivity，sinteringtechnologies，SiCn／A1composites

0引言的烧结工艺及sic／A复合材料的制备方法。
1SiC陶瓷的烧结工艺
电子封装基片是一种底座电子元件，主要用于电子元器
件及其相互联，起机械承载支撑、气密性保护、电气设备的散1．1常压烧结
热等作用。基片材料必须与置于其上的元器件在物理性能、1．1．1固相烧结
化学性能和电学性质方面保持良好的匹配。因此，封装基片单一陶瓷粉体烧结常常属于典型的固相烧结，即在烧结
应具有以下性质(。_：(1)热导性能良好。该性能是电子封装过程中没有液相形成。陶瓷坯体的致密化主要是通过蒸发
材料的主要性能指标之一，电子元器件产生的热量如不及时和凝聚、扩散传质等方式来实现的。其烧结过程主要由颗粒
散发，将导致芯片的工作温度升高，严重影响工作寿命。(2)重排、气孑L填充和晶粒生长等阶段组成_5]。同时，固相烧结
线膨胀系数匹配(主要与Si和GaAs)。若热膨胀系数相差较可以通过合适的颗粒级配、适当的烧结温度和较短的保温时
大，电子器件工作时易产生热应力。(3)高频特性良好，即应间等工艺参数来实现致密化烧结。
具有低的介电常数和低的介电损耗。高速传导信号的布线自20世纪7O年代，Prochazkal6在高纯度的SiC中加人
电路上，信号延迟时问与基片材料介电常数平方根成正比。少量的B和C作为烧结助剂，在2050℃成功地固相烧结出致
(4)强度高，力学性能高。(5)电绝缘性能好，化学性质稳定。密度高于98的SiC陶瓷以来，固相烧结就一直很受关注。
目前，电子封装基片材料的种类很多，常用的基片分为虽然SiC-B-C体系固相烧结SiC需要较高的烧结温度，烧结
金属封装基片、塑料封装基片和陶瓷封装基片3大类，其中，晶粒粗大，均匀性差，而且SiC陶瓷具有较低的断裂韧性、较
陶瓷封装基片热导率高，是一种综合性能较好的气密性封装高的裂纹强度敏感性和典型的穿晶断裂模式，但是固相烧结
方式。常见的陶瓷基片材料主要有AlO。、A1N、Be()、BN和的烧结助剂含量低，杂质少，晶界几乎不残留低熔点物质，烧
SiC等。而SiC陶瓷基片具有耐高温、耐腐蚀、抗冲刷、抗热结后的SiC陶瓷高温稳定性好、热导能力强l7剖。因此，固相
震、耐磨损、与si相匹配的线膨胀系数及良好的热传导等优烧结在SiC陶瓷烧结中具有潜在的应用价值。目前，采用
良性能。但由于SiC介电常数偏大，限制了其在高密度封装SiC-B-C烧结体系来进行固相烧结SiC陶瓷的厂家主要有美
和