一種高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法
【專利摘要】本發明設計一種新型高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法，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12％～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錠坯；對錠坯采用熱等靜壓方式進行致密化處理，冷卻后即可得到致密度大于99％的高硅鋁合金電子封裝材料。本發明成本較低，操作流程簡單，所制備的高硅鋁合金材料具有組織均勻、致密度高、膨脹系數低和導熱性高等特點，綜合性能優異，完全適用于現代電子封裝領域。
【專利說明】
一種高娃鍋合金電子封裝材料的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于電子封裝生產技術領域，尤其是提供了一種新型高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著微電子技術的高速發展，電子元器件應具有更高的集成度、更快的運行速度和更大的容量，這就使得電子器件和電子裝置中元器件的復雜性和及密集性日益提高，這必然會導致電路發熱量的提高、工作溫度上升，而穩定性下降。電子封裝作為為電路的一個重要組成部分起著電路支撐、密封、內外點連接、散熱和屏蔽作用，對電路的性能和可靠性具有重要影響。
[0003]鋁硅合金作為一種新型封裝材料，由于這種合金密度小(2.42?2.51cm3)、熱膨脹系數低(6.8X10-6?11X10-6/K)、熱傳導性良好(120?149W/m.K)，原材料資源豐富，成本低廉，易于加工成型且回收再利用，非常適合在電子封裝領域使用。目前，如何以較低成本以及較短流程制備出綜合性能優異的高硅鋁合金電子封裝材料已是整個電子封裝材料迫切需要解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種成本較低，流程較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。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0006]本發明所述的一種新型高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]I)將硅鋁材料按比例配料；
[0008]2)將上述材料熔煉、攪拌，噴射沉積得到錠坯；
[0009]3)將錠坯進行致密化加工，即得到致密度大于99%的高硅鋁合金電子封裝材料。
[0010]步驟I)中合金成分按質量百分比計，具體配料比例為娃含量為12%?50%，余量為工業純鋁。
[0011]步驟2)具體為將上述配料在中頻感應爐內熔煉，升溫至800°C?1350°C，充分攪拌，用熔劑(30% Nacl+47% Kcl+23%冰晶石)進行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮氣直接將金屬液滴霧化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠還。其中，氣體壓強為0.8?1.0MPa,噴嘴直徑為2.8mm?3.5mm,噴嘴距基體距離為200mm?300mm。
[0012]步驟3)中，將錠坯放入熱等靜壓設備中，對錠坯進行致密化處理。保護氣體為氮氣，處理溫度為540°C?600°C，壓力為IlOMPa?200MPa，保溫3?4小時。冷卻后所得材料即為致密度大于99%綜合性能優異的電子封裝用高硅鋁合金材料。
[0013]本發明使用的原料為硅和鋁，原料資源豐富，且制備工藝成熟，從而降低了電子封裝材料的制備成本，在現代電子生產技術領域具有很大的發展空間。
[0014]針對電子封裝材料的高導熱、低膨脹系數的視場需求，本發明提出了一種新型高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法。通過噴射沉積技術將合金制備成錠坯，錠坯采用熱等靜壓方式進行致密化處理，該方法成本低，設備簡單，流程短，具有很強的實用性。制備出的高硅鋁合金材料致密度大于99%，熱導率為116?168W/m.K，熱膨脹系數為7.2?17.3ppm/°C，密度小于2.6g/cm3，極限抗拉強度132MPa，綜合性能優異，完全適用于電子封裝。
【附圖說明】
[0015]附圖1是本發明的不同硅含量的高硅鋁合金材料樣品。
[0016]附圖2是本發明高硅鋁合金電子封裝材料微觀組織形貌。
[0017](I)為硅含量12%合金材料的顯微組織照片
[0018](2)為硅含量27%合金材料的顯微組織照片
[0019](3)為硅含量50%合金材料的顯微組織照片
【具體實施方式】
[0020]實施例1:
[0021]I)配料
[0022]將原材料按質量百分比配料，硅含量為12%，余量為工業純鋁。
[0023]2)錠坯制備
[0024]將上述配料在中頻感應爐內熔煉，升溫至800°C，充分攪拌，用熔劑(30%Nacl+47% Kcl+23%冰晶石)進行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮氣直接將金屬液滴霧化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠坯。其中，氣體壓強為0.8MPa，噴嘴直徑為2.8mm，噴嘴距基體距離為200mm，基體旋轉速度為300r/min，霧化錐角為25°.
[0025]3)致密化處理
[0026]將錠坯放入熱等靜壓設備中，對錠坯進行致密化處理。保護氣體為氮氣，處理溫度為540°C，壓力為llOMPa，保溫4小時。冷卻后所得到致密度為99.9%的綜合性能優異的電子封裝用高硅鋁合金材料，具體性能參數如下:
[0027]熱導率:196ff/m.K ;熱膨脹系數(25。。?100°C ):19.8/K ;密度:2.6g/cm3;極限抗拉強度:212MPa
[0028]實施例2:
[0029]I)配料
[0030]將原材料按質量百分比配料，硅含量為27%，余量為工業純鋁。
[0031]2)錠坯制備
[0032]將上述配料在中頻感應爐內熔煉，升溫至950°C，充分攪拌，用熔劑(30%Nacl+47% Kcl+23%冰晶石)進行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮氣直接將金屬液滴霧化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠坯。其中，氣體壓強為0.8MPa，噴嘴直徑為2.8mm，噴嘴距基體距離為200mm，基體旋轉速度為300r/min，霧化錐角為25°.
[0033]3)致密化處理
[0034]將錠坯放入熱等靜壓設備中，對錠坯進行致密化處理。保護氣體為氮氣，處理溫度為540°C，壓力為llOMPa，保溫4小時。冷卻后所得到致密度為99.8%的綜合性能優異的電子封裝用高硅鋁合金材料，具體性能參數如下:
[0035]熱導率:168ff/m.K ;熱膨脹系數(25。。?100°C ):17.3/K ;密度:2.6g/cm3;極限抗拉強度:178MPa
[0036]實施例3:
[0037]I)配料
[0038]將原材料按質量百分比配料，硅含量為50%，余量為工業純鋁。
[0039]2)錠坯制備
[0040]將上述配料在中頻感應爐內熔煉，升溫至1300 °C，充分攪拌，用熔劑(30%Nacl+47% Kcl+23%冰晶石)進行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮氣直接將金屬液滴霧化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠坯。其中，氣體壓強為0.9MPa，噴嘴直徑為3mm，噴嘴距基體距離為300mm，基體旋轉速度為300r/min，霧化錐角為25°.
[0041]3)致密化處理
[0042]將錠坯放入熱等靜壓設備中，對錠坯進行致密化處理。保護氣體為氮氣，處理溫度為600°C，壓力為llOMPa，保溫3小時。冷卻后所得到致密度為99.5%的綜合性能優異的電子封裝用高硅鋁合金材料，具體性能參數如下:
[0043]熱導率:137ff/m.K ;熱膨脹系數(25。。?100°C ):11.3/K ;密度:2.52g/cm3;極限抗拉強度:132MPa。
【主權項】
1.一種新型高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法，包括以下步驟: 1)將硅鋁材料按比例配料； 2)將上述材料熔煉、攪拌，噴射沉積得到錠壞； 3)將錠坯進行致密化加工，即得到致密度大于99%的高硅鋁合金電子封裝材料。2.根據權利要求1，所述的一種新型高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法，其特征在于: 步驟I)中合金成分按質量百分比計，具體配料比例為硅含量為12%?50%，余量為招O3.根據權利要求1，所述的一種新型高娃招合金電子封裝材料的制備方法，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?1350°C，充分攪拌，用30% Nacl+47% Kcl+23%冰晶石為熔劑進行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮氣直接將金屬液滴霧化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠還。其中，氣體壓強為0.8?1.0MPa，噴嘴直徑為2.8mm?3.5mm，噴嘴距基體距離為200mm?300mm。4.根據權利要求1，所述的一種新型高娃招合金電子封裝材料的制備方法，其特征在于: 步驟3)中，將錠坯放入熱等靜壓設備中，對錠坯進行致密化處理。保護氣體為氮氣，處理溫度為540°C?600°C，壓力為IlOMPa?200MPa，保溫3?4小時。冷卻后所得材料即為致密度大干99 %綜合性能優異的電子封裝用高硅鋁合金材料。
【文檔編號】C22C21/02GK105986134SQ201510048252
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發明人】鄧宏貴, 王日初, 劉繼嘉
【申請人】中南大學