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一種適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分的制作方法

文檔序號:3318184閱讀:235來源:國知局
一種適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分,其由以下合金元素組合而成(質(zhì)量百分比):硅鋁合金:85~95%,磷:0.3~0.9%,鍶:0.3~0.9%,硼:0.1~1.5%,鎂:1.0~3.5%,銅:1.0~5.0%,鈮:0.5~5.0%,鉬:0.5~5.0%,稀土:0.02~0.2%。本發(fā)明針對熔煉鑄造法設(shè)計了的合金成分配方,以該成分配方,再輔以加壓成型鑄造工藝,就可以獲得合格的硅鋁合金電子封裝材料。相比于現(xiàn)有方法,本發(fā)明最大的優(yōu)勢和優(yōu)點有兩點:一是工藝簡化,成型效率高;二是成本大大降低,對應(yīng)于相同的產(chǎn)量,本發(fā)明成本只相當于噴射成型方案的三分之一以下。
【專利說明】一種適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金 成分

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種合金成分,尤其涉及一種適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封 裝材料的合金成分。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來,隨著電子封裝行業(yè)向高密度、高功率方向發(fā)展,開發(fā)具有良好導(dǎo)熱能力的 材料同時又能滿足熱膨脹性能的要求成為當務(wù)之急。電子封裝作為微電路器件的一個必不 可少的組成部分,起著電路支撐、密封、散熱和屏蔽等作用,對電路的性能和可靠性具有重 要影響。
[0003] 硅鋁合金作為一種新型封裝材料,由于其密度?。?. 4-2. 6g/cm3),熱膨脹系數(shù)低 (6. 8-11 X 10_6K),熱傳導(dǎo)性好(120-150WAm. K)),容易加工成所需形狀,易于電鍍和涂裝, 同時能夠滿足航空航天設(shè)備和移動、計算通訊設(shè)備輕量化的要求。此外,該材料具有足夠的 強度和剛度,能夠用傳統(tǒng)工藝方法進行機械加工和電鍍涂裝,因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004] 用于電子封裝材料的硅鋁合金(或稱超高硅鋁合金),主要由硅和鋁兩種元素構(gòu) 成,但其中為了提高性能,還會添加其他的一些元素,如磷、鎂等,這些元素的含量較少,占 總量的5%以下。然而,硅鋁合金由于含有大量的硅,使其冶金和凝固特性變得很差,因此 用傳統(tǒng)的鑄造方法生產(chǎn)的情況下,材料鑄錠內(nèi)部的硅相尺寸粗大、會存在大量顯微縮孔、縮 松,而且材料性能變脆、韌性差,不能滿足電子封裝的需求。因此在生產(chǎn)電子封裝用超高硅 鋁合金時,控制硅相尺寸和促進致密化是兩個最重要的目標。
[0005] 生產(chǎn)硅鋁電子封裝材料的方法,總體來說分成三種:即粉末冶金法、噴射成型法、 熔煉鑄造法。前兩種都存在成本高昂、生產(chǎn)效率低等問題。第三種的熔煉鑄造法,理論上可 以實現(xiàn)低成本、高效率的生產(chǎn),然而對于合金成分、鑄造工藝條件要求很高,否則很難得到 微觀組織細小、致密的合格材料。這也是傳統(tǒng)的鑄造方法不適用的原因。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金 成分。該合金成分適用于半固態(tài)(壓力)鑄造、擠壓鑄造、流變(壓力)鑄造方法,可有效 抑制凝固過程中硅相的長大,并有利于最終形成致密的顯微合金組織,獲得優(yōu)質(zhì)電子封裝 材料坯錠。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008] -種適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分,由以下合金元素 組合而成(質(zhì)量百分比):硅鋁合金:85?95%,磷:0.3?0.9%,鍶:0.3?0.9 %,硼: 0· 1 ?1. 5%,鎂:1· 0 ?3. 5%,銅:1· 0 ?5. 0%,鈮:0· 5 ?5. 0%,鑰:0· 5 ?5. 0%,稀土: 0· 02?0· 2% ;硅鋁合金中,硅:50?70%,鋁:30?50%。
[0009] 本發(fā)明通過合金化的方法,除硅、鋁兩種合金元素以外,又增加了磷(P)、鍶(Sr)、 硼(B)、鎂(Mg)、銅(Cu)、鈮(Nb)、鑰(Mo)、稀土(Re)等八種合金元素,它們在其中有的起到 變質(zhì)、抑制硅相長大的作用(磷、鍶),有的起到促進形核質(zhì)點、細化組織的作用(硼),有的 起到阻斷、分斷硅相長大作用(鈮、鑰),有的起到強化基體、提高材料強度作用(鎂、銅), 有的起到破壞硅相連續(xù)長大,提高合金液流動性、使硅相球化的作用(稀土)。本發(fā)明中硅、 鋁兩種元素含量約占90-95 %,其他八種元素的含量總和約占5-10 %。并且,鈮、鑰、硼三 種高熔點元素在熔煉過程中以粉末的形式的加入,鎂、銅兩種元素以塊狀,磷在熔煉后期以 鋁-磷中間合金方式加入,鍶、稀土以鋁板包覆的形式后期加入。本發(fā)明通過熔煉鑄造方法 的試驗摸索,優(yōu)化出了這些元素的合理含量范圍,形成了優(yōu)化的成分配方。該配方在熔煉鑄 造的條件下,可獲得良好的合金顯微組織和性能。
[0010] 本發(fā)明針對熔煉鑄造法設(shè)計了的合金成分配方,以該成分配方,再輔以加壓成型 鑄造工藝,就可以獲得合格的硅鋁合金電子封裝材料。相比于現(xiàn)有方法,本發(fā)明最大的優(yōu)勢 和優(yōu)點有兩點:一是工藝簡化,成型效率高;二是成本大大降低,對應(yīng)于相同的產(chǎn)量,本發(fā) 明成本只相當于噴射成型方案的三分之一以下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為只米用〇· 5%磷變質(zhì)的娃錯合金(含娃量50% )顯微組織,圖中標尺為 100 μ m ;
[0012] 圖2為米用本發(fā)明配方的娃錯合金(含娃量50% )顯微組織,圖中標尺為100 μ m。

【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明,但并不局限如此,凡是對本 發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍,均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護范圍中。

【具體實施方式】 [0014] 一:本實施方式提供了一種合金成分配方。其中的娃、錯為基本組 元,磷、鍶、硼、鎂、銅為一般添加組元,鈮、鑰為獨有添加組元。
[0015] 一、各合金組元的作用:
[0016] 硅、鋁兩種組元作為電子封裝材料的基礎(chǔ)組元,其中的硅熱膨脹系數(shù)為4. IX ΚΓ6/ K,鋁的熱膨脹系數(shù)為23X 1(Γ7Κ。二者構(gòu)成合金,主要靠硅降低和中和鋁的熱膨脹系數(shù),根 據(jù)硅、鋁兩種組元的混合比例不同,最終硅鋁合金的熱膨脹系數(shù)在6-17ΧΚΓ7Κ范圍內(nèi)變 動,這也稱為"膨脹系數(shù)可調(diào)節(jié)"。
[0017] 磷、鍶組元其主要作用是變質(zhì)作用,抑制硅相的長大,防止組織中過度粗大的硅相 出現(xiàn)。
[0018] 硼具有孕育作用,硼粒子質(zhì)點作為形核核心,可以細化晶粒。
[0019] 鎂、銅組元屬合金強化元素,鎂與硅形成鎂二硅(Mg2Si)強化相;銅是重要的合金 元素,有一定的固溶強化效果,時效析出的CuA1 2有著明顯的時效強化效果。
[0020] 鈮、鑰作為高熔點組元,在凝固過程中起到阻斷硅、分割相長大作用,鈮還可與硅 形成高溫穩(wěn)定的他51 2相。阻礙硅相連續(xù)長大。
[0021] 稀土元素具有去脫氧,促進硅相球化的作用。
[0022] 二、上述合金成分在熔煉過程中的加入順序為:
[0023] (1)在中頻電爐內(nèi),硅塊、鋁錠同時熔煉至熔融狀態(tài);
[0024] (2)加入銅、硼;
[0025] (3)加入粉末狀的鈮、鑰;
[0026] (4)出爐前,合金液處理階段,加入磷、鍶、鎂及稀土,其中磷以鋁-磷中間合金方 式加入,鍶、鎂、稀土以鋁板包覆方式加入。
[0027] 三、金相組織對比圖
[0028] 當只采用0. 5%磷變質(zhì)硅鋁合金(Si50A150)時,其典型的微觀組織如圖1所示。 可見其內(nèi)部存在有粗大硅相,硅相尺寸遠遠超過100微米,這樣的組織不適合于電子封裝 材料應(yīng)用。
[0029] 當米用本發(fā)明的某一成分時,具體為:娃錯合金(含有50 %娃、50 %錯,表不 為 Si50A150)含量占 93. 35%,添加其他元素含量為:Mg :2· 5%、Cu :L 0%、B :0· 1%、P : 0. 5%、Nb :1. 0%、M〇 :1. 0%、Sr :0. 5%、Re :0. 05%時,獲得了如圖2所示的典型微觀組織。 組織中硅相尺寸大大降低到100微米以下。這樣的組織可以滿足電子封裝材料的需要。

【具體實施方式】 [0030] 二:本實施方式與一不同的是,所述配方為: Si60A140 :89. 55%, Mg :3. 0%, Cu :1. 5%, B :1. 2%, P :0. 3%, Nb :2. 0%, Mo :1. 5%, Sr : 0· 8%、Re :0· 15%。
[0031 ] 【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是,所述配方為: Si70A130 :85. 8%, Mg :1. 5 %, Cu :3. 5 %, B :0. 6 %, P :0. 8 %, Nb :3. 5%, Mo :4. 0%, Sr : 0· 2%、Re :0· 1%。
【權(quán)利要求】
1. 一種適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分,其特征在于所述合 金成分由以下合金兀素組合而成(質(zhì)量百分比):娃錯合金:85?95%,磷:0. 3?0. 9%, 鍶:0· 3 ?0· 9%,硼:0· 1 ?1. 5%,鎂:1· 0 ?3. 5%,銅:1· 0 ?5. 0%,鈮:0· 5 ?5. 0%, 鑰:0· 5 ?5. 0%,稀土 :0· 02 ?0· 2%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分, 其特征在于所述硅鋁合金中,硅:50?70wt. %,鋁:30?50wt. %。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分, 其特征在于所述硅鋁合金合金成分由以下合金元素組合而成(質(zhì)量百分比):Si50A150 : 93. 35%, Mg :2. 5%, Cu :1. 0%, B :0. 1%, P :0. 5%, Nb :1. 0%, Mo :1. 0%, Sr :0. 5%, Re : 0· 05%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分, 其特征在于所述硅鋁合金合金成分由以下合金元素組合而成(質(zhì)量百分比):Si60A140 : 89. 55%, Mg :3. 0%, Cu :1. 5%, B :1. 2%, P :0. 3%, Nb :2. 0%, Mo :1. 5%, Sr :0. 8%, Re : 0· 15%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合于熔煉鑄造法生產(chǎn)硅鋁合金電子封裝材料的合金成分, 其特征在于所述硅鋁合金合金成分由以下合金元素組合而成(質(zhì)量百分比):Si70A130 : 85. 8%, Mg :1. 5%, Cu :3. 5%, B :0. 6%, P :0. 8%, Nb :3. 5%, Mo :4. 0%, Sr :0. 2%, Re : 0· 1%。
【文檔編號】C22C30/02GK104141086SQ201410383758
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】邢大偉 申請人:邢大偉
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