專利名稱：新型高硅鋁合金電子封裝材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于電子封裝的Al-Si-Fe-Mn-Mg合金及其制備方法，尤其涉及一種高硅鋁合金電子封裝材料的制備工藝。
背景技術：
自1958年第一塊半導體集成電路問世以來，到目前為止，IC芯片集成度的發(fā)展基本遵循MOORE定律。芯片集成度的提高必然導致其發(fā)熱率的升高，使得電路的工作溫度不斷上升，從而導致元件失效率的增大。與此同時，電子封裝也不斷向小型化，輕量化和高密度組裝化的方向發(fā)展，二十世紀九十年代以來，各種高密度封裝技術，如芯片尺寸封裝(CSP),多芯片組件(MCM)及單極集成組件(SUM)等的不斷涌現(xiàn)，進一步增大了系統(tǒng)單位體積的發(fā)熱率。為滿足上述IC和封裝技術的迅速發(fā)展，一方面要求對封裝的結構進行合理的 設計；另一方面，為從根本上改進產品的性能，全力研究和開發(fā)具有低密度低膨脹高導熱及良好綜合性能的新型封裝材料顯得尤為重要。用高硅鋁合金制備的電子封裝材料由于具有質量輕(密度小于2. 7 g · cm—3)、熱膨脹系數(shù)低、熱傳導性能良好、以及高的強度和剛度，與金、銀、銅、鎳可鍍，與基材可焊，易于精密機加工、無毒等優(yōu)越性能，符合電子封裝技術朝小型化、輕量化、高密度組裝化方向發(fā)展的要求。另外，鋁硅在地球上含量都相當豐富，硅粉的制備工藝成熟，成本低廉，所以鋁硅合金材料成為了一種潛在的具有廣闊應用前景的電子封裝材料，但由于鋁硅合金當硅含量較高時材料加工成形困難，期待研發(fā)出一種工藝穩(wěn)定，成本較低，材料綜合性能優(yōu)良的制備工藝。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能顯著提高材料的熱導率、氣密性和抗拉強度，保持材料較低的熱膨脹系數(shù)，大幅度改善材料加工成形性能，減化材料的制備工藝，降低材料的制造成本的高硅鋁合金材料的制備工藝，使鋁硅電子封裝材料具有優(yōu)良的綜合使用性能。本發(fā)明的第二目的在于提供一種新型高硅鋁合金電子封裝材料的制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案
一種新型高硅鋁合金電子封裝材料，含有Al、Si、Fe、Mn和Mg，各組分的重量百分比為Si 12 40%，F(xiàn)e O. 3 O. 6%, Mn O. 3 O. 45%, Mg O. 3 O. 5%,其余為 Al。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)準備配料；
2)將上述配料熔煉，噴射沉積得到錠坯；
3)將上述錠坯進行去應力退火；
4)將退火后的錠坯進行熱致密化加工，得到綜合性能優(yōu)異的高硅鋁合金電子封裝材料。所述步驟2)具體為將上述配料在中頻感應爐內進行熔煉，升溫至750 1350°C，充分攪拌，用30%NaCl + 47%KC1 + 23%冰晶石為熔劑進行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；金屬液滴經(jīng)漏嘴注入噴射沉積裝置中，被高壓氮氣霧化后的金屬液珠直接噴入距離噴嘴約200 300mm的基體上沉積，制備成一定尺寸的錠坯。所述步驟3)具體為將合金錠坯進行去應力退火，其退火溫度為400 500°C，保溫時間為2 5小時。所述步驟4)為將錠坯進行熱致密化加工，具體工藝為熱鍛，錠坯加熱溫度為480 540°C，保溫O. 5 2小時，采用模鍛，反復多次后鍛成一定厚度的錠坯，其致密度達到99. 8%以上，得到綜合性能優(yōu)異的高硅鋁合金電子封裝材料?！?br> 本發(fā)明提出的新型鋁硅合金電子封裝材料及其制備方法，是在二元鋁硅合金的基礎上添加微量的Fe (O. 3 O. 6%)、Mn (O. 3 O. 45%)、Mg (O. 3 O. 5%)，合金中加入適量的Mn元素后一是可消除針狀Al-Fe-Si相，而形成顆粒狀的金屬間化合物Al-FeMn-Si，二是可提高合金的熱穩(wěn)定性；加入適量的Mg可以形成少量強化相Mg2Si,從而提高合金強度，但不影響其他性能。本發(fā)明提出了一種切實可行的工藝路線，通過噴射沉積技術將合金制備成錠坯，錠坯經(jīng)去應力退火，退火后的錠坯采用模具進行熱致密化，通過多次反復小變形的熱鍛方式，促進錠坯的變形以達到合適的密度，減少了材料的氣孔率和孔隙率，同時，提高了材料的致密度、導熱系數(shù)及強度等綜合性能，從而制備出低膨脹，高導熱，高強度的鋁硅復合電子封裝材料。熱致密化后材料的性能指標分別如下
氣密性(KT8Pa · m3 · s’ 0. 2 3. 8 ;導熱率(W · M^1 · Γ1) :158 196 ;100°C時的線膨脹系數(shù)(IOH 12. 5 19. 8 ;抗彎強度(MPa) :212 225。綜上所述，本發(fā)明是一種能顯著提高材料的熱導率、氣密性和抗拉強度，保持材料較低的熱膨脹系數(shù)，大幅度改善材料加工成形性能，減化材料的制備工藝，降低材料的制造成本的高硅鋁合金材料的制備工藝，使鋁硅電子封裝材料具有優(yōu)良的綜合使用性能。
具體實施例方式實施例I :
1)錠坯制取
各合金元素按如下比例配料，Si 12%, Fe:O. 3%，Mn:O. 3%, Mg:O. 3%及余量為工業(yè)純鋁，配料在中頻感應爐中熔煉，升溫至750°C，充分攪拌，用熔劑(30%NaCl + 47%KC1 + 23%冰晶石)進行覆蓋造洛，并用六氯乙烷(C2Cl6)除氣。金屬液滴經(jīng)漏嘴注入噴射沉積裝置中，被高壓氮氣霧化后的金屬液珠直接噴入距離噴嘴約200mm的基體上，其噴射沉積工藝參數(shù)附表I。表I 噴射沉積工藝參數(shù)
熔煉溫度CC ) I噴嘴孔徑(mm) I霧化氣體I氣體壓力(MPa) |沉積距離(mm) |基體旋轉速度(r. min —3 |霧化錐角(° )7503. O_N2~ 0. 8200_ 200~
2)去熱應力退火
將冷卻后的錠坯取出在電阻爐內進行去應力退火，退火溫度為400°C，保溫時間為2小時。
3)熱致密化工藝
錠坯加熱溫度480°C，保溫O. 5小時，采用模鍛，終鍛溫度380°C，反復多次后鍛成致密度為99. 9%的電子封裝材料用錠坯。4)材料性能
氣密性(10_8Pa · m3 · s—1) :0. 2 ;導熱率(W · Μ—1 · Γ1) :196 ; 100°C 時的線膨脹系數(shù)(ΙΟΙ1) 19.8 ;抗彎強度(MPa) :212。實施例2:
1)錠坯制取
各合金元素按如下比例配料，Si 20%, Fe:O. 4%，Mn:O. 35%, Mg:O. 3%及余量為工業(yè)純鋁，配料在中頻感應爐中熔煉，升溫至950°C，充分攪拌，用熔劑(30%NaCl + 47%KC1 + 23%冰晶石)進行覆蓋造渣，并用六氯乙烷(C2Cl6)除氣。金屬液滴經(jīng)漏嘴注入噴射沉積裝置中，被高壓氮氣霧化后的金屬液珠直接噴入距離噴嘴約250mm的基體上，其噴射沉積工藝參數(shù)附表I。表I 噴射沉積工藝參數(shù)
權利要求
1.一種新型高硅鋁合金電子封裝材料，其特征在于含有Al、Si、Fe、Mn和Mg，各組分的重量百分比為Si 12 40%，F(xiàn)e O. 3 O. 6%,Mn O. 3 O. 45%,Mg O. 3 O. 5%，其余為Al。
2.一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)準備配料； 2)將上述配料熔煉，噴射沉積得到錠坯； 3)將上述錠坯進行去應力退火； 4)將退火后的錠坯進行熱致密化加工，得到綜合性能優(yōu)異的高硅鋁合金電子封裝材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種新型高硅鋁合金電子封裝材料制備方法，其特征在于所述步驟2)具體為將上述配料在中頻感應爐內進行熔煉，升溫至750 1350°C，充分攪拌，用30%NaCl + 47%KC1 + 23%冰晶石為熔劑進行覆蓋造渣，并用六氯乙烷除氣；金屬液滴經(jīng)漏嘴注入噴射沉積裝置中，被高壓氮氣霧化后的金屬液珠直接噴入距離噴嘴約200 300mm的基體上沉積，制備成一定尺寸的錠坯。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種新型高硅鋁合金電子封裝材料制備方法，其特征在于所述步驟3)具體為將合金錠坯進行去應力退火，其退火溫度為400 500°C，保溫時間為2 5小時。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種新型高硅鋁合金電子封裝材料制備方法，其特征在于所述步驟4)為將錠還進行熱致密化加工,具體工藝為熱鍛,錠還加熱溫度為480 540°C,保溫O. 5 2小時，采用模鍛，反復多次后鍛成一定厚度的錠坯，其致密度達到99. 8%以上的綜合性能優(yōu)異的高硅鋁合金電子封裝材料。
全文摘要
新型高硅鋁合金電子封裝材料及其制備方法，本發(fā)明的合金是由以下質量百分比的成分構成12～40%Si，0.3～0.6%Fe，0.3～0.45%Mn，0.3～0.5%Mg，其余為工業(yè)純鋁。采用噴射沉積制備錠坯，對錠坯進行消除熱應力退火后再進行多次小變形量熱致密化，防止合金加工開裂，從而提高材料致密度。本發(fā)明的合金具有高強度，低膨脹系數(shù)，高導熱率及良好氣密性等特點。
文檔編號C22C21/02GK102978485SQ20111026393
公開日2013年3月20日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權日2011年9月7日
發(fā)明者楊伏良, 郭涵文 申請人:長沙華希金屬材料有限公司