专利名称：一种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明设计ー种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备エ艺，属于材料制备及功能材料领域。
背景技术：
电子封装材料用于承载电子元器件及其连接线路，并具有良好的电绝缘性，封装对芯片具有机械支撑和环境保护作用，对器件和电路的热性能和可靠性起着重要作用。作为电子封装材料要满足以下基本要求(1)高热导率，低介电常数、低介电损耗，有较好的高频、高功率性能、(2)热膨胀系数(CTC)与Si或GaAs芯片匹配，避免芯片的热应カ损坏；有足够的强度、刚度，对芯片起到支撑和保护的作用；(4)成本尽可能低，满足大规模商业化应用的要求；(5)密度尽可能小(主要指航空航天和移动通信设备)，并具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。电子封装材料可分为金属基，树脂基和陶瓷基封装材料。其中，树脂基封装材料由于成本较低、易于成型等优点，已成为应用规模最大的电子封装材料。但树脂基封装材料的热导率低、易老化等缺点使其无法用于真空环境下的大功率电子器件的封装构件。陶瓷基与金属基电子封装材料主要用于高级微电子器件的封装，如航空航天和军事工程的高可靠、高频、耐高温、气密性强的封装，在民用移动通信、家用电器、汽车等领域也有着广泛应用。陶瓷基封装材料由于制造成本高、难加工等问题，近年来又有逐步被特种金属基封装材料取代的趋势。金属基封装材料具有成本低、易加工等优势，但传统金属封装材料其热膨胀系数偏高，经改进发展出特种金属基封装材料，如W、Mo、Cu复合金属、因瓦合金、可瓦合金等，近年又开发出低密度、高热导率以及低膨胀系数的SiC/Al、Si-Al、Cu/C等封装材料，取代陶瓷封装材料用于军事、通信、航空航天等领域所需的大功率电子器件封装或散热材料。Si-Al封装材料是随着喷射沉积エ艺技术发展，新研发的ー种高级电子封装材料， 该材料相比于SiC/Al、Cu/C等还具有易加工、強度高等优点。因此，Si-Al材料已成为近年热门的金属基封装材料研究方向，但是传统的铸造方法制备的Si-Al合金中硅相多以粗大的板条状存在，材料的各向异性非常明显，而且粗大硅相会造成材料的机械性能偏低，使得 Si-Al合金的应用受到限制，因此其应用受到限制。而利用喷射沉积エ艺研制的Si-Al合金电子封装材料，其组织均勻细小，致密度高，因而受到的重视。
发明内容
本发明目的在于提供ー种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备エ艺，本发明提供的方法在喷射沉积设备上完成，提供的封装材料热膨胀系数为8. 5-13，与芯片匹配良好，同时不存在有毒元素，对环境友好，是ー种环保的封装材料。其中致密化使用的设备和 エ艺简单、有效，并降低了成本。为了实现上述发明目的，本发明采取以下的技术方案—种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备方法，该方法包括以下步骤
(1)采用喷射沉积的エ艺制备Si-Al合金电子封装材料，合金中Si含量为40-60 %，余量为Al，按质量比进行配比熔炼，除气变质处理完后将熔体温度升至 1400°C -1500°C，将熔体倾入导流槽，流经漏斗后通过气体雾化器，对合金熔体进行熔体雾化处理，并沉积到喷射沉积设备的接受盘上。喷射沉积的エ艺參数为雾化气体为氮气，雾化压カ为0. 6-lMPa，熔体熔炼温度为1300°C _1450°C，导流槽和漏斗采用温度补偿方法，使之温度保持在1400°C -1500°C，沉积盘的接受距离为650-750mm，得到的喷射沉积坯锭，相对密度达到了 95% -98%。(2)对喷射沉积坯锭进行去皮和端面，并用线切割エ艺对坯锭进行切片处理。(3)将沉积片装入热等静压炉腔中。(4)将热等静压炉在100-250MPa压カ和500°C _550°C温度下保压、保温0. 5_3h， 冷却后即获得喷射沉积Si-Al合金电子封装材料。在所述的第一歩中，所得喷射沉积Si-Al合金中初生硅相尺寸为6_30um，合金组织致密，没有发现微孔，初生硅相均勻弥散的分布在铝基体中。近年来喷射沉积技术作为ー种重要手段被用于提高和改善铝合金材料的性能。喷射沉积技术采用超常规的技术手段，使得金属熔体的冷却速度达到103K/S以上。在喷射沉积凝固条件下，凝固过程的各种传输现象可能被抑制，凝固偏离平衡，经典凝固理论不再适用，成为凝固过程的ー个特殊研究領域，也成为新型结构、功能材料的重要研制方法。喷射沉积エ艺技术作为ー种成功商用的快速凝固技木，已经应用于高性能铝合金材料的研究和生产，并极大地改变了传统铝合金材料设计理念。但是喷射沉积坯锭中会残留ー些空洞，导致材料的致密度只能达到95-98%，在用作电子封装材料前必须进行致密化处理。喷射沉积坯锭致密化过程包括材料的塑性流动和扩散两个过程。在恒压作用下， 喷射沉积坯锭的组织发生变化，塑性较好的相先发生塑性流动，填充孔洞。塑性流动量与选择的致密化方法及压力、温度和时间等參数有着密切的关联。另外，材料内的相之间或颗粒之间要产生良好的冶金粘结，因此必须有充分的扩散过程。对不同的致密化过程，扩散的具体作用不同，温度，压力，时间，晶粒尺寸等都对材料的扩散过程产生重要的影响。温度对材料的致密化有很重要的影响，温度低吋，合金软化程度不够，变形抗カ较大，合金内的铝基体相很难流动，孔洞得不到较好的填充，致密化效果差。而当温度升高吋， 材料容易软化，铝基体相容易流动，孔洞也容易被填充，同吋，温度的升高还使得原子活动剧烈，扩散容易进行，孔洞界面之间的冶金结合越好，材料的致密化效果也就越好。但是， 温度过高，材料中的溶化相在压力作用下滲出，造成了铝基体相的減少，一些孔洞无法被填充，致密化效果变差。本发明的压制温度为500°C -550°C。压强对合金热压致密化有着较大的影响首先，合金必须经过充分的塑性变形，铝基体相才能流动继而填充孔洞，而材料的变形必须有足够的压力才能够进行，这充分显示了压强在热压致密化过程中的必要性；其次，合金内的孔洞和疏松依靠铝基体相的流动填充，铝基体相流动的区域范围由压カ大小決定，这充分显示了压强对热压致密化的重要性。 本发明的烧结压强为100-150MPa。在所述的第一步骤中，对所采用的喷射沉积坯锭进行去皮处理，之后进行去端面处理。
喷射沉积方法为(1)按合金成分，配制预制合金锭；(2)升温将合金预制锭溶化后，采用惰性气体并通过雾化喷嘴进行雾化，雾化喷嘴以20-25HZ频率高速扫描，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0. 6-lMPa ； (3)在气雾化的同时，将雾化液沉积在沉积盘上， 即获得所需的铝合金材料。所使用的喷射沉积包括感应加热熔炉、导流槽、气流雾化喷嘴， 接收罐体。因此，喷射沉积技术是一个很成熟的技术。本发明喷射沉积工艺参数如下雾化气体采用氮气，雾化压力为0. 6-lMPa，熔体温度控制为1300°C -1450°C，沉积盘的旋转频率为3-5Hz，在中频感应炉中加热Si-Al合金，熔体到温后将熔体倾入导流槽，流经漏斗进入雾化器，其中在导流槽和漏斗上采用温度补偿以将熔体温度保持在1300°C -1450°C，雾化器扫描频率20-25HZ，沉积盘的接收距离为 650-750mm，沉积盘的下降速度为25_;35mm/min。本发明存在以下优点1、采用喷射沉积的工艺制备Si-Al合金电子封装材料，所获得的材料组织均勻， 分布弥散，硅相尺寸6-30um，硅相无长大现象。2、熔体熔炼采用普通的中频感应炉，原料采用纯铝和纯硅，不需要中间合金，熔炼设备和工艺简单，大大降低了熔炼成本。3、在热等静压炉中，100-250ΜΙ^压力下和500°C _550°C温度下保压、保温0. 5_3h， 冷却后即获得喷射沉积Si-Al合金电子封装材料，所得的组织均勻，致密，晶粒不存在长大现象。4、本发明所获得的Si-Al合金电子封装材料，热膨胀系数为8. 5-13ppm/°C，抗拉强度为150-300MPa，密度为2. 3-2. 6g/cm_3，各项性能都达到了国际先进水平。
具体实施例方式具体实施方法是1、原料采用工业纯硅和纯铝，纯铝和纯硅的纯度分别为99. 85%和99. 8%，加炉的方式采用铝和硅分别加入的方式。2、喷射沉积工艺雾化气体采用氮气，雾化压力为0.6-lMPa，熔体温度控制为 13000C -1450°C，沉积盘的旋转频率为3-5Hz，在中频感应炉中加热Si-Al合金，熔体到温后将熔体倾入导流槽，流经漏斗进入雾化器，其中在导流槽和漏斗上采用温度补偿以将熔体温度保持在1300°C -1450°C，雾化器扫描频率20-25HZ，沉积盘的接收距离为650-750mm，沉积盘的下降速度为25-35mm/min。3、热等静压100-150ΜΙ^压力下和500°C-550°C温度下保压、保温0. 5_3h，冷却后即获得喷射沉积Si-Al合金电子封装材料。4、性能测试用金属材料常规测试方法进行抗弯强度、热膨胀系数、密度的测试。实施例150Si-Al合金熔炼100kg50Si_Al合金，即在中频感应炉中分别加入50kg纯铝和 50kg纯硅，升温至1450°C，进行除气变质处理，完成后熔体静置lOmin，将熔体倾入导流槽， 流经漏斗进入雾化器，对流经导流槽和漏斗的熔体分别进行电阻加热温度补偿以保持熔体的温度。喷射沉积设备采用非限制式气流雾化喷嘴，雾化喷嘴的扫描频率为25HZ，雾化气体为氮气，沉积盘的旋转频率为3Hz，雾化压力为IMPa，沉积盘的下降速度为30mm/min。待熔体倾完即获得喷射沉积50Si-Al合金电子封装材料。对喷射沉积坯锭进行切片处理，将毛坯片装入热等静压炉腔中，在氮气气氛中， 150MPa压力下550°C保压保温1. 5h，退压后自然冷却。用阿基米德法测试材料的密度为 2. 5g/cm_3，用标准拉伸试验放测得合金的抗拉强度为180MPa，室温下合金的热膨胀系数为 llppm/"C ο实施例240Si60Al合金在中频感应炉中分别加入60kg纯铝和40kg纯硅，升温至1350°C， 进行除气变质处理，完成后熔体静置lOmin，将熔体倾入导流槽，流经漏斗进入雾化器，对流经导流槽和漏斗的熔体分别进行电阻加热温度补偿以保持熔体的温度。喷射沉积设备采用非限制式气流雾化喷嘴，雾化喷嘴的扫描频率为25HZ，雾化气体为氮气，沉积盘的旋转频率为3Hz，雾化压力为0. 7MPa，沉积盘的下降速度为25mm/min。待熔体倾完即获得喷射沉积 40Si-Al合金电子封装材料。对喷射沉积坯锭进行切片处理，将毛坯片装入热等静压炉腔中，在氮气气氛中， lOOMI^a压力下500°C保压保温lh，退压后自然冷却。用阿基米德法测试材料的密度为 2. 55g/cm_3，用标准拉伸试验放测得合金的抗拉强度为230MPa，室温下合金的热膨胀系数为 12. 5ppm/°C ο
权利要求
1.ー种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备エ艺，其特征在于该エ艺包括以下步骤(1)采用喷射沉积的エ艺制备Si-Al合金电子封装材料，合金中Si含量为40-60%，余量为Al，按质量比进行配比熔炼，除气变质处理完后将熔体温度升至1400°C -1500°C，将熔体倾入导流槽，流经漏斗后通过气体雾化器，对合金熔体进行熔体雾化处理，并沉积到喷射沉积设备的接受盘上。喷射沉积的エ艺參数为雾化气体为氮气，雾化压カ为0.6-lMPa，熔体熔炼温度为1300°C -1450°C，导流槽和漏斗采用电阻加热温度补偿方法，使之温度保持在1400°C -1500°C，沉积盘的接受距离为650-750mm，得到的喷射沉积坯锭，相对密度达到了 95% -98%。(2)对喷射沉积坯锭进行去皮和端面，并用线切割エ艺对坯锭进行切片处理。(3)将沉积片装入热等静压炉腔中。(4)将热等静压炉在100-150MPa压カ和500°C_550°C温度下保压、保温0. 5_3h，冷却后即获得Si-Al合金电子封装材料。
2.根据权利要求1所述的喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备エ艺，其特征在干， 所得的喷射沉积Si-Al合金中初生硅相尺寸为6-30um，合金组织致密，没有发现微孔，初生硅相均勻弥散的分布在铝基体中。
3.根据权利要求1或2所述的喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备ェ艺，其特征在干，在所述的第四步中，热等静压ェ艺简单易行。
全文摘要
本发明涉及一种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备工艺，采用喷射沉积的工艺制备Si-Al合金电子封装材料，该合金中Si含量达到了40-60％，余量为Al。将喷射沉积坯锭机加去皮和端面后，利用线切割工艺对Si-Al合金坯锭进行切片，采用热等静压工艺对Si-Al合金片进行致密化处理，保压温度为500℃-550℃，保压时间为0.5-3h，保压压力为100-150MPa，处理后可获得热膨胀系数为8-13ppm/K，抗拉强度为150-300MPa，密度为2.3-2.6g/cm-3，的电子封装材料。该工艺获得的Si-Al电子封装材料不含有害元素，对环境友好，工艺易固化，适合于工业化生产。
文档编号C22C21/02GK102534321SQ201210058570
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者不公告发明人 申请人:上海驰韵新材料科技有限公司