一種高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)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(zhì)量百分比為12％～50％，其余為工業(yè)純鋁；將混合后的材料放入中頻感應(yīng)爐內(nèi)加熱、攪拌，并進(jìn)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(jìn)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(fā)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(shù)低和導(dǎo)熱性高等特點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異，完全適用于現(xiàn)代電子封裝領(lǐng)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(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電子封裝生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子元器件應(yīng)具有更高的集成度、更快的運(yùn)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(fù)雜性和及密集性日益提高，這必然會導(dǎo)致電路發(fā)熱量的提高、工作溫度上升，而穩(wěn)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(nèi)外點(diǎn)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(shù)低(6.8X10-6?11X10-6/K)、熱傳導(dǎo)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(lǐng)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(yōu)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(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)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(shù)低以及導(dǎo)熱率高等特點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異，完全適用于電子封裝。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)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(jìn)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(zhì)量百分比計，具體配料比例為娃含量為12%?50%，余量為工業(yè)純鋁。
[0011]步驟2)具體為將上述配料在中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉，升溫至800°C?1350°C，充分?jǐn)嚢?，用熔?30% Nacl+47% Kcl+23%冰晶石)進(jìn)行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導(dǎo)流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮?dú)庵苯訉⒔饘僖旱戊F化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠還。其中，氣體壓強(qiáng)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(shè)備中，對錠坯進(jìn)行致密化處理。保護(hù)氣體為氮?dú)猓幚頊囟葹?40°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(yōu)異的電子封裝用高硅鋁合金材料。
[0013]本發(fā)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(xiàn)代電子生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域具有很大的發(fā)展空間。
[0014]針對電子封裝材料的高導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)的視場需求，本發(fā)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(shù)將合金制備成錠坯，錠坯采用熱等靜壓方式進(jìn)行致密化處理，該方法成本低，設(shè)備簡單，流程短，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。制備出的高硅鋁合金材料致密度大于99%，熱導(dǎo)率為116?168W/m.K，熱膨脹系數(shù)為7.2?17.3ppm/°C，密度小于2.6g/cm3，極限抗拉強(qiáng)度132MPa，綜合性能優(yōu)異，完全適用于電子封裝。
【附圖說明】
[0015]附圖1是本發(fā)明的不同硅含量的高硅鋁合金材料樣品。
[0016]附圖2是本發(fā)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(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
[0021]I)配料
[0022]將原材料按質(zhì)量百分比配料，硅含量為12%，余量為工業(yè)純鋁。
[0023]2)錠坯制備
[0024]將上述配料在中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉，升溫至800°C，充分?jǐn)嚢?，用熔?30%Nacl+47% Kcl+23%冰晶石)進(jìn)行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導(dǎo)流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮?dú)庵苯訉⒔饘僖旱戊F化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠坯。其中，氣體壓強(qiáng)為0.8MPa，噴嘴直徑為2.8mm，噴嘴距基體距離為200mm，基體旋轉(zhuǎn)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(shè)備中，對錠坯進(jìn)行致密化處理。保護(hù)氣體為氮?dú)猓幚頊囟葹?40°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(yōu)異的電子封裝用高硅鋁合金材料，具體性能參數(shù)如下:
[0027]熱導(dǎo)率:196ff/m.K ;熱膨脹系數(shù)(25。。?100°C ):19.8/K ;密度:2.6g/cm3;極限抗拉強(qiáng)度:212MPa
[0028]實(shí)施例2:
[0029]I)配料
[0030]將原材料按質(zhì)量百分比配料，硅含量為27%，余量為工業(yè)純鋁。
[0031]2)錠坯制備
[0032]將上述配料在中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉，升溫至950°C，充分?jǐn)嚢瑁萌蹌?30%Nacl+47% Kcl+23%冰晶石)進(jìn)行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導(dǎo)流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮?dú)庵苯訉⒔饘僖旱戊F化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠坯。其中，氣體壓強(qiáng)為0.8MPa，噴嘴直徑為2.8mm，噴嘴距基體距離為200mm，基體旋轉(zhuǎn)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(shè)備中，對錠坯進(jìn)行致密化處理。保護(hù)氣體為氮?dú)猓幚頊囟葹?40°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(yōu)異的電子封裝用高硅鋁合金材料，具體性能參數(shù)如下:
[0035]熱導(dǎo)率:168ff/m.K ;熱膨脹系數(shù)(25。。?100°C ):17.3/K ;密度:2.6g/cm3;極限抗拉強(qiáng)度:178MPa
[0036]實(shí)施例3:
[0037]I)配料
[0038]將原材料按質(zhì)量百分比配料，硅含量為50%，余量為工業(yè)純鋁。
[0039]2)錠坯制備
[0040]將上述配料在中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉，升溫至1300 °C，充分?jǐn)嚢瑁萌蹌?30%Nacl+47% Kcl+23%冰晶石)進(jìn)行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導(dǎo)流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮?dú)庵苯訉⒔饘僖旱戊F化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠坯。其中，氣體壓強(qiáng)為0.9MPa，噴嘴直徑為3mm，噴嘴距基體距離為300mm，基體旋轉(zhuǎn)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(shè)備中，對錠坯進(jìn)行致密化處理。保護(hù)氣體為氮?dú)?，處理溫度?00°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(yōu)異的電子封裝用高硅鋁合金材料，具體性能參數(shù)如下:
[0043]熱導(dǎo)率:137ff/m.K ;熱膨脹系數(shù)(25。。?100°C ):11.3/K ;密度:2.52g/cm3;極限抗拉強(qiáng)度:132MPa。
【主權(quán)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(jìn)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(jù)權(quán)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(zhì)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(jù)權(quán)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(yīng)爐內(nèi)熔煉，升溫至800?1350°C，充分?jǐn)嚢?，?0% Nacl+47% Kcl+23%冰晶石為熔劑進(jìn)行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；用導(dǎo)流管將金屬熔液注入噴射沉積裝置中，采用高壓氮?dú)庵苯訉⒔饘僖旱戊F化沉積在基體上，制備成一定尺寸的錠還。其中，氣體壓強(qiáng)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(jù)權(quán)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(shè)備中，對錠坯進(jìn)行致密化處理。保護(hù)氣體為氮?dú)?，處理溫度?40°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(yōu)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(fā)明人】鄧宏貴, 王日初, 劉繼嘉
【申請人】中南大學(xué)