CN101451203B - 制备SiCp/Al电子封装零件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，这种方法以SiC_p/Al复合材料为原料，采用离心铸造法制备出体积分数为40～75％的SiC_p/Al电子封装零件，所述零件的材料具有高热导率、低热膨胀系数和高致密度的优点，并且制备过程中工艺和设备简单、制备周期短、能净终成形，有成本低、孔隙率低和材料性能好的优点。

Description

制备SiCp/Al电子封装零件的方法

技术领域

本发明属于用于多芯片集成的电子封装零件制备技术领域，特别是提供了一种制备SiC_p/Al电子封装材料的方法。

背景技术

随着IC芯片集成度的提高，电子封装正不断的向小型化，轻量化和高密度组装化方向发展，二十世纪九十年代以来，各种高密度封装技术，如芯片尺寸封装(CSP)，多芯片组件(MCM)及单极集成组件(SLIM)等不断涌现，极大的增大了系统单位体积的发热率。为了满足上述IC和封装技术的迅速发展，从根本上改进产品的性能，研发具有低膨胀、高热导及良好综合性能的新型封装材料显得尤为重要。

SiC_p/Al复合材料的热膨胀系数具有可设计性(4～12×10^-6/K)，可较好的与基板和芯片材料的热膨胀系数相匹配，其导热系数高(120～220W/m·K)，为Kovar合金的10倍，也优于W-Cu合金，并具有高弹性模量以及低密度(分别约为Kovar合金和W-Cu合金的1/2和1/4)等优点，另外碳化硅粉末价格低廉、来源广泛、具有优越的性能，而铝是一种常见的、价格低廉的金属材料，熔点低(660℃)，密度较小(2.7g/cm³)。因此，SiC_p/Al复合材料成了一种潜在的具有广阔应用前景的电子封装材料，但由于SiC_p/Al复合材料当SiC含量较高时材料的加工成形困难，期待研发出一种工艺稳定，成本较低，材料综合性能良好的制备工艺。

目前，生产普通SiC_p/Al复合材料的方法主要有粉末压制/烧结法、搅拌铸造法(见《现代制造工程》2005第9期5～8页，《颗粒增强金属基复合材料的制备进展》作者程雪利等)、挤压铸造法和喷射沉积法等，这类复合材料主要用于机械制造领域，SiC_p颗粒体积百分含量在10％～40％范围内。为了满足材料的高热传导性和低的热膨胀系数，电子封装用SiC_p/Al复合材料中SiC_p颗粒体积百分含量为40％～75％。

目前制备SiC_p/Al电子封装材料的方法主要有SiC_p粉末/铝粉末压制/烧结法，和SiC_p粉末预制坯/铝液挤压铸造法。

SiC_p粉末/铝粉末压制/烧结法是将两种粉末按照需要的比例混合，将其机械压制成所需封装材料零件形体的预制坯，然后在高温高压条件下烧结成形。该方法工艺过程多，设备复杂，材料中孔洞多，封装性能低。

SiC_p粉末预制坯/铝液挤压铸造法是将SiC_p粉末用物理和化学方法制备成有一定孔隙率的与所需封装材料零件形体相同的预制坯，将其置入金属模具中，将铝液浇入模具后，将铝液挤入预制坯的孔隙中去。中国专利200510086820.8公开了一种用粉末注射成形/压力熔浸法制备电子封装材料的方法。首先配料、混合，将SiC颗粒与粘结剂的按(55～75)∶(45～25)体积比混合，然后采用挤压连续式混炼法混料，混料后用球磨机研磨，再进行注射成形，对注射成型后得到的坯件进行脱脂处理制得具有足够强度和适当孔隙率的SiC骨架；再将制得的SiC骨架放入模具中，在压力作用下将铝液浸渗入SiC骨架制得SiC_p55～75％/Al封装材料。该方法除了过程多，设备复杂，材料中孔洞多外，预制坯的孔隙很难充填完全，因此，成品率低。该法还处在实验研究阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，这种方法以SiC_p/Al复合材料为原料，采用离心铸造法制备出体积分数为40～75％的SiC_p/Al电子封装零件，所述零件的材料具有高热导率、低热膨胀系数和高致密度的优点，并且制备过程中工艺和设备简单、制备周期短、能净终成形，有成本低、孔隙率低和材料性能好的优点。

实现本发明步骤的过程为：

1)材料配制：

选择粒径为5～150μm的SiC颗粒，铝合金为Al-Si系合金，SiC颗粒与基体合金按照(20～40)∶(60～80)的体积分数比例关系备料。制备SiC颗粒体积分数40％左右的SiC_p/Al复合材料零件时，可以选择其中某一种粒径等级的SiC颗粒；当需要获得更高体积分数的SiC_p/Al复合材料时，需要合理搭配不同粒径等级的SiC颗粒，以保证小粒径颗粒可以填补在大粒径颗粒之间的间隙中，以提高SiC颗粒在复合材料中所占体积分数；

2)SiC_p/Al复合材料制备：运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料；

3)将制备好的SiC_p/Al复合材料加热到720～850℃待用；

4)将模具预热到450～700℃，砂芯预热到140～180℃；

5)模具装配。安放砂芯、合模，然后安装固定在铸造成形设备上；

6)离心铸造成形。在离心转速为600～1300rpm条件下，离心1～4分钟，将加热到720～850℃的SiC_p/Al复合材料浇注入成形模具中，熔融复合材料中的SiC颗粒在离心力作用下发生分离，聚集到远离离心转轴中心的局部区域。

7)获取铸件。待复合材料凝固冷却后脱模，得到高体积分数SiC_p/Al复合材料部分和Al合金部分构成的铸件；

8)零件制备。待逐渐冷却至室温后去除铸件中Al合金部分；

9)精加工。对所得到的铸件中高体积分数SiC_p/Al复合材料部分进行精加工，得到封装零件。

本发明的有益效果在于：

1.能够制备出SiC颗粒体积含量为40～75％的SiC_p/Al电子封装材料，其导热率为150～200W/m·K、热膨胀系数为(10.5～6.2)×10^-6/K、密度为2.9～3.10g/cm³，孔隙率低于1％。SiCp/Al电子封装零件可以在多芯片、大功率集成电路和气密性封装上得到应用。

2.本发明的工艺主要运用常规的离心铸造方法，因此工艺过程和设备比SiC_p粉末/铝粉末压制/烧结法和SiC_p粉末预制坯/铝液挤压铸造法简单、生产周期短、效率高、成本低。

3.本发明的熔融SiCp/Al复合材料流动性能好，离心力作用下的材料成形性能好，通过成形模具，可以直接铸造出SiC_p/Al电子封装零件，包括形成完美的封装零件上多个直径仅3～8mm的集成电路的导线引出孔，实现零件的净终成形，减少后续机械加工成本。这是SiC_p粉末/铝粉末压制/烧结法和SiC_p粉末预制坯/铝液挤压铸造法不能比拟的优势，它们要制备高成品率的完美的封装零件上多个直径仅数毫米的积成电路的导线引出孔是比较困难的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是电子封装零件成形工艺图；

图2是封装零件成形模具装配图；

图3是铸件示意图。

图中，1为上模具，2为砂芯，3为定位销钉，4为型腔，5为模具的内浇道，6为下模具，7为SiCp/Al复合材料部分，8为Al合金部分，9为切割面，10为用于集成电路的导线引出孔。

具体实施方式

参见图1、图2和图3。本发明所述制备SiC_p/Al电子封装零件的方法步骤如下：

①选用SiC颗粒与Al基合金，所选的SiC颗粒粒径为5～150μm，且SiC颗粒需要大粒径颗粒与小粒径颗粒按比例搭配混合，Al合金为Al-Si系合金，SiC颗粒与Al基合金按(20～40)∶(60～80)的体积比配比；②用搅拌铸造法制备出具有均匀分布SiC颗粒的SiC_p/Al复合材料浆料，③在加热炉中加热到720～850℃待用；④预热上模具1、下模具6到450～700℃，预热砂芯2为120～180℃；⑤用定位销钉3定位，合模，将预热的SiC_p/Al复合材料浆料浇注到模具型腔内，调整离心模具的转速为600～1300rpm，离心1～4分钟，SiC_p/Al复合材料中的SiC颗粒分离到远离浇口一端，铸造出由SiC体积分数为40～75％的SiC_p/Al复合材料部分和Al合金部分构成的铸件；⑥冷却、凝固、脱模；⑦降至室温后沿切割面9去除铸件的Al合金部分8；⑧精加工SiC体积分数为40～75％的SiC_p/Al复合材料部分，即得封装零件。所述封装零件7上设置有用于集成电路的导线引出孔10。

参见图2，本发明所述模具由上模具1和下模具6构成的水平对开式模具，5为模具的内浇道，由直浇道、直浇道窝和内浇道(图中未标识出)构成的浇注系统位于旋转转轴的中心，在上、下模具的型腔4分布于旋转中心的四周，型腔中离心半径最大处放置成形砂芯，用于形成封装零件的内腔及导线引出孔10。

具体实施例如下：

实施例1

原料：SiC颗粒粒径为5～10μm尺度等级的颗粒，Al为ZL104合金。SiC颗粒与Al-Si合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL104合金和5.04kg的5～10μm SiC颗粒，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，用搅拌铸造法(背景技术中已经提到复合材料制备方法包括搅拌铸造法)制备出SiC_p/Al复合材料浆料；然后持续搅拌加热到740～760℃待用；然后将预热到120～140℃的砂芯，预热到520～600℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为700rpm，离心时间为2分钟左右，条件下成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除Z1104合金部分，得到SiC_pVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.3％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例2

原料：SiC颗粒粒径为10～15μm尺度等级的颗粒，Al为ZL101合金。SiC颗粒与ZL101合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL101合金和5.04kg粒径为10～15μm SiC颗粒，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到720～740℃待用；然后将预热到120～140℃的砂芯，预热到520～600℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为700rpm条件下，离心2分钟左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL101合金部分，精加工后得到Si_CpVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.3％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例3

原料：SiC颗粒粒径为15～20μm尺度等级的颗粒，Al为ZL104合金。SiC颗粒与ZL104合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL104合金和5.04kg粒径为15～20μm SiC颗粒，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到720～740℃待用；然后将预热到120～140℃的砂芯，预热到520～600℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为700rpm条件下，离心2分钟左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL104合金部分，精加工后得到SiC_pVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.3％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例4

原料：SiC颗粒粒径为20～25μm等级的颗粒，Al为ZL101合金。SiC颗粒与ZL101合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL101合金和5.04kg粒径为SiC颗粒，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到720～740℃待用；然后将预热到120～140℃的砂芯，预热到520～600℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为700rpm条件下，离心2分钟左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL101合金部分，精加工后得到SiC_pVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.3％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例5

原料：SiC颗粒粒径为25-33μm等级的颗粒，Al为ZL105合金。SiC颗粒与ZL105合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL105合金和5.04kg粒径为25～33μm SiC颗粒，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiCp/Al复合材料浆料，并加热到720～740℃待用；然后将预热到120～140℃的砂芯，预热到520～600℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为700rpm条件下，离心2分钟左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL105合金部分，精加工后得到SiC_pVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.3％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例6

原料：SiC颗粒粒径为33～47μm等级的颗粒，Al为ZL106合金。SiC颗粒与ZL106合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL106合金和5.04kg粒径为33-47μm SiC颗粒，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，用搅拌铸造法制备出SiCp/Al复合材料浆料，并加热到720～740℃待用；然后将预热到120～140℃的砂芯，预热到520～600℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为700rpm条件下，离心2分钟左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL106合金部分，精加工后得到SiCpVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.3％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例7

原料：SiC颗粒粒径为47～53μm等级的颗粒，Al为ZL104合金。SiC颗粒与ZL104合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL104合金和5.04kg粒径为47-53μm SiC颗粒，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到720～740℃待用；然后将预热到120～140℃的砂芯，预热到520～600℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为700rpm条件下，离心2分钟左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL104合金部分，精加工后得到SiC_pVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.3％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例8

原料：SiC颗粒粒径为15～20μm、25～33μm、53～61μm三种等级的颗粒，按15～20μm∶25～33μm∶53～61μm为1∶2∶3配比，Al为ZL109系合金。SiC颗粒与ZL109合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL109合金和5.04kgSiC颗粒(其中15～20μm为0.84kg，25～33μm为1.68kg，53～61μm为2.52kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiCp/Al复合材料浆料，并加热到730～750℃待用；然后将将预热到120～140℃的砂芯，预热到450～520℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为600rpm条件下，离心1分钟30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL109合金部分，精加工后得到SiCpVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.4％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例9

原料：SiC颗粒粒径为20～25μm、33～47μm、74～83μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶33～47μm∶74～83μm为1∶1∶2配比，Al为ZL112Y合金。SiC颗粒与ZL112Y合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL112Y合金和5.04kgSiC颗粒(其中20～25μm为1.35kg、33～47μm为1.35kg、74～83μm为2.7kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiCp/Al复合材料浆料，并加热到730～760℃待用；然后将将预热到120～140℃的砂芯，预热到450～520℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为600rpm条件下条件下，离心1分钟30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL112Y合金部分，精加工后得到SiCpVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.4％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例10

原料：SiC颗粒粒径为20～25μm、47～53μm、74～83μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶47～53μm∶74～83μm为1∶1∶3配比，Al为ZL114合金。SiC颗粒与ZL114合金的体积比为20∶80。

取17.00kgZL114合金和5.04kgSiC颗粒(其中20～25μm为1.01kg、47～53μm为1.01kg、74-83μm为3.00kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiCp/Al复合材料浆料，并加热到750～780℃待用；然后将将预热到120～140℃的砂芯，预热到450～520℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为600rpm条件下，离心1分钟30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL114合金部分，精加工后得到SiCpVol.40％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为220W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.4％，热膨胀系数为10.5×10^-6/K。

实施例11

原料：SiC颗粒粒径为15～20μm、25～33μm、74～83μm三种等级的颗粒，按15～20μm∶25～61μm∶61～83μm为1∶1∶2配比，Al为ZL104系合金。SiC颗粒与ZL104合金的体积比为25∶75。

取17.00kgZL104合金和6.70kgSiC颗粒(其中15～20μm为1.68kg、25～61μm为1.68kg、61～83μm为3.34kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到740～800℃待用；然后将预热到130～150℃的砂芯，预热到600～650℃的成形模具合模、将预热到的成形模具安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1000rpm条件下，离心2分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL104合金部分，精加工后得到SiC_pVol.50％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为200W/m·K，密度为2.9g/cm³，孔隙率为0.45％，热膨胀系数为7.8×10^-6/K。

实施例12

原料：SiC颗粒粒径为20～25μm、47～53μm、74～83μm三种的颗粒，按20～25μm∶47～53μm∶74～83μm为1∶2∶1配比，Al为ZL109合金。SiC颗粒与ZL109合金的体积比为30∶70。

取17.00kgZL109合金和8.64kgSiC颗粒(其中20～25μm为2.16kg、47～53μm为4.32kg、74～83μm为2.16kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到760～800℃待用；然后将预热到130～150℃的砂芯和预热到650～700℃的成形模具安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1100rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL109合金部分，精加工后得到SiC_pVol.60％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为200W/m·K，密度为3.0g/cm³，孔隙率为0.5％，热膨胀系数为7×10^-6/K。

实施例13

原料：SiC颗粒粒径为25～33μm、53～61μm、74～83μm三种等级的颗粒按1∶2∶3比，Al为ZL104系合金。SiC颗粒与ZL104合金的体积比为30∶70。

取17.00kgZL104合金和8.64kgSiC颗粒(其中20～25μm为1.44kg、47～53μm为2.88kg、74～83μm为4.32kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到740～770℃待用；然后将预热到130～150℃的砂芯和预热到650～700℃的成形模具安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1100rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL104合金部分，精加工后得到SiC_pVol.60％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为200W/m·K，密度为3.0g/cm³，孔隙率为0.5％，热膨胀系数为7×10^-6/K。

实施例14

原料：SiC颗粒粒径为20～25μm、61～74μm、83～150μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶61～74μm；83～150μm为1∶2∶1配比，Al为ZL101合金。SiC颗粒与ZL101合金的体积比为30∶70。

取17.00kgZL101合金和8.64kgSiC颗粒(其中20～25μm为2.16kg、61～74μm为4.32kg、83～150μm为2.16kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到770～800℃待用；然后将预热到130～150℃的砂芯和预热到650～700℃的成形模具安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1100rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL101合金部分，精加工后得到SiC_pVol.60％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为200W/m·K，密度为3.0g/cm³，孔隙率为0.5％，热膨胀系数为7×10^-6/K。

实施例15

SiC颗粒粒径为25～33μm、47～53μm、83～150μm三种等级的颗粒，按25～33μm∶47～53μm∶83～150μm为1∶1∶2配比，Al为ZL109合金。SiC颗粒与ZL109合金的体积比为35∶65。

取17.00kgZL109合金和10.85kgSiC颗粒(其中25～33μm为2.71kg、47～53μm为2.71kg、83～150μm为5.43kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到780～820℃待用；然后将预热到150～170℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1100rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL109合金部分，精加工后得到SiC_pVol.68％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为190W/m·K，密度为3.05g/cm³，孔隙率为0.6％，热膨胀系数为6.7×10^-6/K。

实施例16

SiC颗粒粒径为25～33μm、53～61μm、83～150μm三种等级的颗粒，按25～33μm∶53～61μm∶83～150μm为1∶1∶3配比，Al为ZL101合金。SiC颗粒与ZL101合金的体积比为35∶65。

取17.00kgZL101合金和10.85kgSiC颗粒(其中25～33μm为2.17kg、53～61μm为2.17kg、83～150μm为6.51kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiCp/Al复合材料浆料，并加热到760～790℃待用；然后将预热到150～170℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1100rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL101合金部分，精加工后得到SiC_pVol.68％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为190W/m·K，密度为3.05g/cm³，孔隙率为0.6％，热膨胀系数为6.7×10^-6/K。

实施例17

SiC颗粒粒径为33～47μm、74～83μm、83～150μm三种等级的颗粒，按33～47μm∶74～83μm∶83～150μm为1∶2∶4配比，Al为ZL112Y合金。SiC颗粒与ZL112Y合金的体积比为35∶65。

取17.00kgZL112Y合金和10.85kgSiC颗粒(其中33～47μm为1.55kg、74～83μm为3.10kg、83～150μm为6.20kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiCp/Al复合材料浆料，并加热到770～800℃待用；然后将预热到150～170℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1100rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL112Y合金部分，精加工后得到SiC_pVol.68％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为190W/m·K，密度为3.05g/cm³，孔隙率为0.6％，热膨胀系数为6.7×10^-6/K。

实施例18

SiC颗粒粒径为10～15μm、47～53μm、83～150μm三种等级的颗粒，按10～15μm∶47～53μm∶83～150μm为1∶2∶5配比，Al为ZL109合金。SiC颗粒与ZL109合金的体积比为40∶60。

取17.00kgZL109合金和13.43kgSiC颗粒(其中10～15μm为1.68kg、47～53μm为3.35kg、83～150μm为8.40kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到810～850℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL109合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例19

SiC颗粒粒径为15～20μm、47～53μm、83～150μm三种等级的颗粒，按15～20μm∶47～53μm∶83～150μm为1∶2∶3配比，Al为ZL109合金。SiC颗粒与ZL109合金的体积比为40∶60。

取17.00kgZL109合金和13.43kgSiC颗粒(其中15～20μm为2.24kg、47～53μm为4.48kg、83～150μm为6.71kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到790～840℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL109合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例20

SiC颗粒粒径为20～25μm、47～53μm、83～150μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶47～53μm∶83～150μm为1∶2∶3配比，Al为ZL104合金。SiC颗粒与ZL104合金的体积比为40∶60。

首先称量出17.00kgZL104合金和13.43kgSiC颗粒(其中20～25μm为2.24kg、47～53μm为4.48kg、83～150μm为6.71kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到780～820℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL104合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例21

SiC颗粒粒径为10～15μm、53～61μm、83～150μm三种等级的颗粒，按10～15μm∶53～61μm∶83～150μm为1∶2∶3配比，Al为ZL104合金。SiC颗粒与ZL104合金的体积比为40∶60。

取17.00kgZL104合金和13.43kgSiC颗粒(其中10～15μm为2.24kg、53～61μm为4.48kg、83～150μm为6.71kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到780～820℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL104合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例22

S iC颗粒粒径为10～15μm、61～74μm、83～150μm三种等级的颗粒，按10～15μm∶61～74μm∶83～150μm为1∶2∶4配比，Al为ZL104合金。SiC颗粒与ZL104合金的体积比为40∶60。

取17.00kgZL104合金和13.43kgS iC颗粒(其中10～15μm为1.92kg、61～74μm为3.84kg、83～150μm为7.69kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiCp/Al复合材料浆料，并加热到780～820℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL104合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例23

SiC颗粒粒径为20～25μm、61～74μm、83～150μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶61～74μm∶83～150μm为1∶2∶4配比，Al为ZL101合金。SiC颗粒与ZL101合金的体积比为40∶60。

取17.00kgZL101合金和13.43kgS iC颗粒(其中20～25μm为1.92kg、61～74μm为3.84kg、83～150μm为7.69kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到780～800℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL101合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例24

SiC颗粒粒径为10～15μm、83～150μm两种等级的颗粒，按10～15μm∶83～150μm为1∶3配比，Al为ZL104合金。SiC颗粒与ZL104合金的体积比为40∶60。

取17.00kgZL104合金和13.43kgSiC颗粒(其中10～15μm为3.36kg、83～150μm为10.07kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到780～820℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL104合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例25

SiC颗粒粒径为10～15μm、83～150μm两种等级的颗粒，按10～15μm∶83～150μm为1∶4配比，Al为ZL101合金。SiC颗粒与ZL101合金的体积比为40∶60。

取17.00kgZL101合金和13.43kgSiC颗粒(其中10～15μm为2.69kg、83～150μm为10.74kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到780～820℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL101合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例26

SiC颗粒粒径为10～15μm、83～150μm两种尺度等级的颗粒，按10～15μm∶83～150μm为1∶3配比，Al为ZL109合金。SiC颗粒与ZL109合金的体积比为40∶60。

取出17.00kgZL109合金和13.43kgSiC颗粒(其中5～10μm为3.36kg、83～150μm为10.07kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至580℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至580℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到800～850℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL109合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

实施例27

SiC颗粒粒径为5～10μm、83～150μm两种尺度等级的颗粒，按5～10μm∶83～150μm为1∶4配比，Al为ZL109合金。SiC颗粒与ZL109合金的体积比为40∶60。

取出17.00kgZL109合金和13.43kgSiC颗粒(其中5～10μm为2.69kg、83～150μm为10.74kg)，在电阻炉中熔炼合金并精炼；然后降温至585℃，同时SiC颗粒预热到250～300℃；然后将SiC颗粒添加至降温至585℃的熔体中，运用搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，并加热到800～850℃待用；然后将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具合模、安放在离心铸造成形机上；再将熔融的复合材料浆料浇注到成形模具型腔内，在离心转速为1300rpm条件下，离心3分30秒左右成形，凝固完毕之后脱模取出铸件冷却到室温，然后运用机械切割的方法切除ZL109合金部分，精加工后得到SiC_pVol.75％/Al电子封装零件，构成零件的材料的导热率为180W/m·K，密度为3.1g/cm³，孔隙率为0.7％，热膨胀系数为6.2×10^-6/K。

本发明中通过调整铝合金中SiC颗粒的含量、不同颗粒尺寸的比例关系与离心成形工艺参数(如浇温、模具温度、离心转速等)，可以把颗粒层区域设计与控制成骤变分布状态，实现颗粒体积分数的可设计性与可控制性；通过调整熔融复合材料中颗粒的含量和调整离心铸造工艺，可以实现颗粒区域厚度的设计与控制。

因此，通过简单的工艺调整，可以大大调整封装材料的构成，改善封装材料的性能，并且工艺过程简单，生产效率高，可以实现净终成形，减少机械加工成本。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于有以下步骤：

①取粒径为5～150μm的SiC颗粒和Al-Si合金，其中SiC颗粒至少为5～150μm的若干种粒径等级中的一种，SiC颗粒与Al基合金按(20～40)∶(60～80)的体积比配比；

②搅拌铸造法制备出SiC_p/Al复合材料浆料，加热到720～850℃待用；

③预热模具为450～700℃，预热砂芯为120～180℃；

④将预热的砂芯放在模具中，合模，将模具安装固定在离心机上；

⑤将加热到720～850℃的SiC_p/Al复合材料浆料浇注到模具型腔内，调整离心模具的转速为600～1300rpm，离心1～4分钟，SiC_p/Al复合材料中的S iC颗粒分离到远离浇口一端，得到由体积分数为40～75％的SiC_p/Al复合材料部分和Al合金部分构成的铸件；

⑥冷却、凝固、脱模；降至室温后机械切割去除铸件上的Al合金部分；

⑦机械精加工体积分数为40～75％的SiC_p/Al复合材料部分，即得封装零件。

2.根据权利要求1所述的制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于：所述步骤①中SiC颗粒粒径为5～10μm，10～15μm，15～20μm，20～25μm，25～33μm，33～47μm，47～53μm等级颗粒中任意一种，SiC颗粒与Al-Si合金的体积比为20∶80

所述步骤②中SiC_p/Al复合材料浆料加热到720～760℃待用；

所述步骤③中预热模具到520～600℃，预热砂芯到120～140℃；

所述步骤⑤中离心模具的转速为700rpm。

3.根据权利要求1所述的制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于：所述步骤①中SiC颗粒粒径为15～20μm、25～33μm、53～61μm三种等级的颗粒，按15～20μm∶25～33μm∶53～61μm为1∶2∶3的质量比；或SiC颗粒粒径为20～25μm、33～47μm、74～83μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶33～47μm∶74～83μm为1∶1∶2的质量比；或S i C颗粒粒径为20～25μm、47～53μm、74～83μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶47～53μm∶74～83μm为1∶1∶3的质量比；SiC颗粒与Al合金的体积比为20∶80；

所述步骤②中SiC_p/Al复合材料浆料加热到730～780℃待用；

所述步骤③中砂芯预热温度为120～140℃，模具预热温度为450～520℃；

所述步骤⑤中离心模具转速为600rpm。

4.根据权利要求1所述的制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于：所述步骤①中SiC颗粒粒径为15～20μm、25～33μm、74～83μm三种等级的颗粒，按15～20μm∶25～61μm∶61～83μm为1∶1∶2的质量比，SiC颗粒与Al合金的体积比为25∶75；

所述步骤②中SiC_p/Al复合材料浆料加热到740～800℃待用；

所述步骤③中砂芯预热温度为130～150℃，模具预热温度为600～650℃；

所述步骤⑤中离心模具转速为1000rpm。

5.根据权利要求1所述的制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于：所述步骤①中SiC颗粒粒径为20～25μm、47～53μm、74～83μm三种的颗粒，按20～25μm∶47～53μm∶74～83μm为1∶2∶1的质量比；或SiC颗粒粒径为25～33μm、53～61μm、74～83μm三种等级的颗粒，按25～33μm∶53～61μm∶74～83μm为1∶2∶3的质量比；或20～25μm、61～74μm、83～150μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶61～74μm、83～150μm为1∶2∶1的质量比；SiC颗粒与Al合金的体积比为30∶70；

所述步骤②中制得的SiC_p/Al复合材料加热到740～800℃待用；

所述步骤③中模具预热到650～700℃，砂芯预热到130～150℃；

所述步骤⑤中离心模具转速为1100rpm。

6.根据根据权利要求1所述的制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于：所述步骤①中SiC颗粒粒径为25～33μm、47～53μm、83～150μm三种等级的颗粒，按25～33μm∶47～53μm∶83～150μm为1∶1∶2的质量比；或SiC颗粒粒径为25～33μm、53～61μm、83～150μm三种等级的颗粒，按25～33μm∶53～61μm∶83～150μm为1∶1∶3的质量比；或SiC颗粒粒径为33～47μm、74～83μm、83～150μm三种等级的颗粒，按33～47μm∶74～83μm∶83～150μm为1∶2∶4的质量比；SiC颗粒与Al合金的体积比为35∶65；

所述步骤②中制得的SiC_p/Al复合材料加热到760～820℃；

所述步骤③中模具预热到650～700℃，砂芯预热到150～170℃；

所述步骤⑤中离心转速为1100rpm。

7.根据权利要求1所述的制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于：所述步骤①中SiC颗粒粒径为10～15μm、47～53μm、83～150μm三种等级的颗粒，按10～15μm∶47～53μm∶83～150μm为1∶2∶5的质量比；或SiC颗粒粒径为15～20μm、47～53μm、83～150μm三种等级的颗粒，按15～20μm∶47～53μm∶83～150μm为1∶2∶3的质量比；或S iC颗粒粒径为20～25μm、47～53μm、83～150μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶47～53μm∶83～150μm为1∶2∶3的质量比；或SiC颗粒粒径为10～15μm、53～61μm、83～150μm三种等级的颗粒，按10～15μm∶53～61μm∶83～150μm为1∶2∶3的质量比，或SiC颗粒粒径为10～15μm、61～74μm、83～150μm三种等级的颗粒，按10～15μm∶61～74μm∶83～150μm为1∶2∶4的质量比；或SiC颗粒粒径为20～25μm、61～74μm、83～150μm三种等级的颗粒，按20～25μm∶61～74μm∶83～150μm为1∶2∶4的质量比，SiC颗粒与Al合金的体积比为40∶60；

所述步骤②中制得的SiC_p/Al复合材料加热到780～850℃；

所述步骤③中模具预热到650～700℃，砂芯预热到160～180℃；

所述步骤⑤中离心转速为1300rpm。

8.根据权利要求1所述的制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于：所述步骤①中SiC颗粒粒径为10～15μm、83～150μm等级的颗粒或10～15μm、83～150μm等级的颗粒，按1∶3的质量比；SiC颗粒与Al合金的体积比为40∶60；

所述步骤②中制得的SiC_p/Al复合材料加热到780～850℃待用；

所述步骤③中将预热到160～180℃的砂芯，预热到650～700℃的成形模具；

所述步骤⑤中离心转速为1300rpm。

9.根据权利要求1所述的制备SiC_p/Al电子封装零件的方法，其特征在于：所述步骤①中SiC颗粒粒径为5～10μm、83～150μm等级颗粒或SiC颗粒粒径为10～15μm、83～150μm等级颗粒，按1∶4的质量比。

Images