通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金電子封裝材料的方法
【專利摘要】本發明設計一種通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金電子封裝材料的方法，其主要步驟為：先將硅鋁材料按比例配料，其中硅原料的質量百分比為30％～50％，其余為工業純鋁；將混合后的材料放入中頻感應爐內加熱、攪拌，并進行覆蓋造渣與除氣處理，采用噴射沉積將金屬熔液制成坯體；對坯體進行預處理；對預處理后的合金材料進行近熔點壓制致密化處理，脫模水冷后即得到性能優異的高硅鋁合金電子封裝材料。本發明突出采用通過噴射沉積與近熔點壓制致密化方法制備高硅鋁合金，工藝簡單、設備要求較低、能耗小，所制得合金材料力學性能、熱膨脹系數、熱導率、氣密性都達到了電子封裝材料的使用要求，綜合性能優異，完全適用于現代電子封裝領域。
【專利說明】
通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金電子封 裝材料的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于現代電子封裝技術領域，特別是提供了一種通過噴射沉積與近熔點致 密化制備高硅鋁合金電子封裝材料的方法。
【背景技術】
[0002] 在現代電子封裝技術領域，高硅鋁合金材料具有良好的比剛度、熱膨脹系數以及 熱導率，與印刷電路板相匹配，能減少射頻散射和輻射損耗，是一種優良的電子封裝材料， 廣泛用作高頻印刷電路的襯板。然而，當合金成分中Si的質量分數大于12. 2%時，利用傳 統熔鑄法制備硅鋁合金，合金中Si相的分布極不均勻，并最終導致材料的力學性能差，難 以進行機械加工等后續處理。隨著合金中硅含量的升高，這一問題更為突出，同時受到工藝 本身的局限，很難制備高硅鋁合金，阻礙了這種很有應用前景的電子封裝材料的實際生產 和應用。
[0003] 與傳統熔鑄法相比，利用噴射沉積法制備的高硅鋁合金具有組織均勻細小、無粗 大共晶組織、力學性能優異等優點，非常適合于電子封裝材料。但是，由于噴射沉積的工藝 特點，氣體卷入、溶解氣體的析出以及凝固收縮等因素都會導致合金中存在一定數目的孔 隙，一般相對密度小于95%，未能達到電子封裝材料的要求。因此，采用噴射沉積技術制備 的高硅鋁合金通常需要進行后續致密化處理。
[0004] 傳統的致密化處理通常為乳制、鍛壓等方法，均存在成本高、加工程序復雜、加工 時間長以及加工材料致密化不均勻等缺點，難以滿足高硅鋁合金材料致密化處理的要求。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種制備成本低，流程短的高硅鋁合金電子封裝材料，該 材料具有組織均勻、致密度高、膨脹系數低以及導熱率高等特點，綜合性能優異，完全適用 于電子封裝。
[0006] 為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0007] 本發明所述的一種通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金電子封裝 材料的方法，其特征在于包括以下步驟：
[0008] 1)將硅鋁材料按比例配料；
[0009] 2)將上述材料在中頻感應爐內熔煉，噴射沉積得到高硅鋁合金坯體；
[0010] 3)將坯體進行初加工。
[0011] 4)將坯體進行近熔點壓制致密化處理，得到性能優異的高硅鋁合金電子封裝材 料。
[0012] 步驟1)中，合金成分按質量百分比計，具體配料比例為硅含量為30%~50%，余 量為工業純鋁。
[0013] 步驟2)中，將上述配料在中頻感應爐內熔煉，升溫至800~1200 °C，充分攪拌； 在覆蓋造渣與除氣處理后，將熔液導入噴射沉積裝置，采用環縫式氣流霧化噴嘴，以高壓液 氮為霧化冷卻介質，霧化系統和沉積基底配合方式為斜噴直拉，噴射沉積得到高硅鋁合金 電子封裝材料坯體。噴射沉積制備高硅鋁合金的具體工藝參數如下：傾斜角度為20°~ 25°，霧化氣體壓力為(λ 6~IMPa，熔體溫度為1273K~1573K，偏心距為20~30mm，沉積 距離為200~400mm，噴嘴直徑為3~6mm，沉積盤旋轉速度為300~600r/min，沉積盤下降 速度為10~15mm/min〇
[0014] 步驟3)中，將所得到的坯體進行初加工，加工尺寸為Φ 100 X 100mm。
[0015] 步驟4)中，首先對壓機工作臺裝配模具，模具尺寸內徑?105X 175mm，模具內壁 涂液態Η-ΒΝ，防止金屬與模具粘接難以脫模；再將噴射沉積態高硅鋁合金放入模具，采用 感應線圈加熱模具及高硅鋁合金，升溫高硅鋁合金近熔點溫度（700°C~1100°C )，并保溫 5~15分鐘；保溫結束后關閉感應線圈電流，進行壓力壓制，壓強大小為40MPa~80MPa，壓 至壓頭不再運動后保壓l〇s~30s ;保壓結束后進行脫模水冷，即可得到綜合性能優異的高 硅鋁合金電子封裝材料。
[0016] 本發明使用的原料為硅和鋁，原料資源豐富，降低了電子封裝材料的制備成本，因 而在現代電子生產技術領域具有很大的發展空間。
[0017] 針對電子封裝材料的高導熱、低膨脹系數的視場需求，本發明突出采用通過噴射 沉積與近熔點壓制致密化方法制備高硅鋁合金，工藝簡單、設備要求較低、能耗小，所制得 合金材料力學性能、熱膨脹系數、熱導率、氣密性都達到了電子封裝材料的使用要求。
【附圖說明】
[0018] 附圖1是本發明高硅鋁合金電子封裝材料微觀組織形貌。
[0019] (a)為硅含量30%合金材料的顯微組織照片
[0020] (b)為硅含量40%合金材料的顯微組織照片
[0021] (c)為硅含量50%合金材料的顯微組織照片
[0022] 附圖2是本發明的50% Si/Al合金材料加工后的樣品照片
【具體實施方式】
[0023] 實例1、噴射沉積近熔點壓制致密化A1-30 % Si合金
[0024] 將純鋁及高純硅在中頻感應爐爐中熔化、精煉并脫氣，Si含量30%，采用環縫式 氣流霧化噴嘴，以高壓液氮為霧化冷卻介質，霧化系統和沉積基底配合方式為斜噴直拉， 噴射沉積制備A1-30 % Si合金的具體工藝參數如下：傾斜角度為20°，霧化氣體壓力為 0. 6MPa，熔體溫度為1273K，偏心距為20mm，沉積距離為300mm，噴嘴直徑為3mm，沉積盤旋轉 速度為500r · min-1，沉積盤下降速度為12. 8mm · min-1。將沉積還加工為Φ 100X 100mm 大小，裝入模具，采用感應線圈加熱至700°C，并保溫6分鐘。保溫結束后關閉感應線圈電流 開始壓制，壓制壓力45MPa，壓至壓頭不再運動后保壓20s，脫模水冷。
[0025] 材料性能如表1、2所示。
[0026] 實例2、噴射沉積近熔點壓制致密化A1-40 % Si合金
[0027] 將純鋁及高純硅在中頻感應爐爐中熔化、精煉并脫氣，Si含量40%，采用環縫式 氣流霧化噴嘴，以高壓液氮為霧化冷卻介質，霧化系統和沉積基底配合方式為斜噴直拉， 噴射沉積制備Al-40 % Si合金的具體工藝參數如下：傾斜角度為20°，霧化氣體壓力為 0. 8MPa，恪體溫度為1393K，偏心距為20mm，沉積距離為380mm，噴嘴直徑為4mm，沉積盤旋轉 速度為500r/min，沉積盤下降速度為15. 5mm/min。將沉積還加工為ΦΙΟΟΧΙΟΟι?πι大小，裝 入模具，采用感應線圈加熱至8KTC，并保溫10分鐘。保溫結束后關閉感應線圈電流開始壓 制，壓制壓力60MPa，壓至壓頭不再運動后保壓20s，脫模水冷。
[0028] 材料性能如表1、2所示。
[0029] 實例3、噴射沉積近熔點壓制致密化A1-50 % Si合金
[0030] 將純鋁及高純硅在中頻感應爐爐中熔化、精煉并脫氣，Si含量50%，采用環縫式 氣流霧化噴嘴，以高壓液氮為霧化冷卻介質，霧化系統和沉積基底配合方式為斜噴直拉， 噴射沉積制備A1-50 % Si合金的具體工藝參數如下：傾斜角度為20°，霧化氣體壓力為 IMPa，熔體溫度為1473K，偏心距為25mm，沉積距離為380mm，噴嘴直徑為4. 5mm，沉積盤旋轉 速度為500r/min，沉積盤下降速度為17. 2mm/min。將沉積還加工為ΦΙΟΟΧΙΟΟι?πι大小，裝 入模具，采用感應線圈加熱至900Γ，并保溫10分鐘。保溫結束后關閉感應線圈電流開始壓 制，壓制壓力65MPa，壓至壓頭不再運動后保壓20s，脫模水冷。
[0031] 材料性能如表1、2所示。
[0032] 表1噴射沉積近熔點壓制致密化高硅鋁合金力學性能
[0033]
[0034] 表2噴射沉積近熔點壓制致密化高硅鋁合金熱物理性能
[0035]
【主權項】
1. 一種通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金電子封裝材料的方法，包括 以下步驟： 1) 將硅鋁材料按比例配料； 2) 將上述材料在中頻感應爐內熔煉，噴射沉積得到高硅鋁合金坯體； 3) 將坯體進行初加工。 4) 將坯體進行近熔點壓制致密化處理，得到性能優異的高硅鋁合金電子封裝材料。2. 根據權利要求1，所述的一種通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金電 子封裝材料的方法，其特征在于：步驟1)中合金成分按質量百分比計，具體配料比例為硅 含量為30 %~50 %，余量為鋁。3. 根據權利要求1，所述的一種通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金電 子封裝材料的方法，其特征在于：步驟2)具體為將上述配料在中頻感應爐內熔煉，升溫至 800~1200°C，充分攪拌；在覆蓋造渣與除氣處理后，將熔液導入噴射沉積裝置，采用環縫 式氣流霧化噴嘴，以高壓液氮為霧化冷卻介質，霧化系統和沉積基底配合方式為斜噴直拉， 噴射沉積得到高硅鋁合金電子封裝材料坯體。4. 根據權利要求1，所述的一種通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金 電子封裝材料的方法，其特征在于：步驟3)中，將所得到的坯體進行初加工，加工尺寸為 ΦΙΟΟΧΙΟΟπιπ?ο5. 根據權利要求1所述的一種通過噴射沉積與近熔點壓制致密化制備高硅鋁合金 電子封裝材料的方法，其特征在于：步驟4)中，首先對壓機工作臺裝配模具，模具尺寸內 徑Φ 105Χ 175_，模具內壁涂液態Η-ΒΝ，防止金屬與模具粘接難以脫模；再將噴射沉積態 高硅鋁合金放入模具，采用感應線圈加熱模具及高硅鋁合金，升溫高硅鋁合金近熔點溫度 (700°C~1KKTC )，并保溫5~15分鐘；保溫結束后關閉感應線圈電流，進行壓力壓制，壓 強大小為40MPa~80MPa，壓至壓頭不再運動后保壓10s~30s ;保壓結束后進行脫模水冷， 即可得到綜合性能優異的高硅鋁合金電子封裝材料。
【文檔編號】C22C1/00GK105986132SQ201510048227
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發明人】王日初, 鄧宏貴, 劉繼嘉
【申請人】中南大學