CN102358924B

CN102358924B - 通过快速热压制备梯度硅铝合金电子封装材料的方法

Info

Publication number: CN102358924B
Application number: CN 201110297421
Authority: CN
Inventors: 蒋阳; 杨奔; 李翔鹏; 丁夏楠; 仲洪海
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102358924A

Abstract

本发明公开了一种通过快速热压制备梯度硅铝合金电子封装材料的方法，将气体雾化的硅铝合金粉和纯铝粉按比例进行混料，分别获得硅的质量百分比为5-60％的不同组分的混合料；将不同组分的混合料按照硅的质量百分比从大到小或从小到大的顺序平铺装入模具中，不同组分的混合料平铺后在模具中的厚度相等，在氩气气氛中以380-500℃、10-50MPa的压力预烧结10-20分钟，然后在600-900℃下烧结0.5-2小时；再降温至380-500℃，并以10-50MPa的压力保压0.5-2小时，脱模即得梯度硅铝合金材料。本发明方法设备简单，效率高，产品性能稳定，制备过程可控性重复性好，具有极高的工业应用价值。

Description

通过快速热压制备梯度硅铝合金电子封装材料的方法

一、技术领域

本发明涉及一种梯度硅铝合金的制备方法，具体地说是通过快速热压制备出在同一样品中硅含量分布不同的硅铝合金电子封装材料的方法，通过这种方法实现对电子封装材料物理性能的设计。

二、背景技术

现代科学技术的发展对材料的要求日益提高。近年来，随着电子封装业向高密度、高速度方向发展，开发具有良好导热能力的材料，以满足集成度提高带来的散热要求成为当务之急。封装作为微电路的一个组成部分起着电路支撑、密封、内外电连接、散热和屏蔽等作用，对电路的性能和可靠性具有重要影响。

硅铝合金作为一种新型封装材料，由于其密度小(2.42-2.51g/cm³)，热膨胀系数低(6.8×10^-6-11×10^-6/K)，热传导性好(120-149W/(m·K))，容易加工成所需形状，可以电镀，同时能够满足航空航天设备和移动、计算通讯设备轻量化的要求。此外，该材料具有足够的强度和刚度，能够用传统工艺方法进行机械加工和涂镀，因此具有广阔的应用前景。但硅铝合金中存在一个矛盾，即随着硅含量的增加热导率增加，热膨胀系数减小，但由于硅含量的增加机械加工的难度相对增大，比较难进行焊接。单一组分的硅铝合金已不能满足一些特殊电子封装的需要，亟需研究一种具有高热导且易机加工的材料，这就要求在同一封装材料中存在组分的变化，且各个组分材料又保持着各自组分的特性。

三、发明内容

本发明旨在提供一种通过快速热压制备梯度硅铝合金电子封装材料的方法，以期制备两端面热膨胀系数不同、热传导性有差异的硅铝合金材料，并能简化设备、缩短操作时间、提高工作效率、稳定产品性能。

本发明通过干粉平铺法把不同组分的硅铝合金粉和纯铝粉的混合粉末装入模具中进行热压烧结，能得到性能优异致密化的合金块状材料。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明通过快速热压制备梯度硅铝合金电子封装材料的方法的特点在于按以下步骤操作：

a、将气体雾化的硅铝合金粉和纯铝粉按比例进行混料，分别获得硅的质量百分比为5-60％的不同组分的混合料；使用的硅铝合金粉中的硅的质量百分比不小于60％；

所述不同组分的混合料中硅的质量百分比构成等差数列，所述等差数列的公差为5-10％；

b、将所述不同组分的混合料按照硅的质量百分比从大到小或从小到大的顺序平铺装入模具中，不同组分的混合料平铺后在模具中的厚度相等，在氩气气氛中以380-500℃、10-50MPa的压力预压10-20分钟，然后在600-900℃下烧结0.5-2小时；再降温至380-500℃，并以10-50MPa的压力保压0.5-2小时；

c、脱模即得相对密度大于99％的梯度硅铝合金材料。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明方法因为实验设备简单、制备时间短且得到的合金性能稳定，所以适合大批量生产且成本低廉。

2、本发明因为得到了梯度硅铝合金，实现了在同一块电子封装材料中硅元素的梯度分布，所以使硅铝电子封装材料的性能得到了优化。

四、附图说明

图1是本发明实施例1制备的合金材料的金相照片。

图2是本发明实施例1制备的合金材料的X射线衍射图谱。

图3是本发明实施例1制备的合金材料的微观组织形貌。

图4是本发明实施例1制备的合金材料中不同组分的硬度。

图5是本发明实施例2制备的合金材料的金相照片。

图6是本发明实施例2制备的合金材料的X射线衍射图谱。

图7是本发明实施例2制备的合金材料的微观组织形貌。

图8是本发明实施例2制备的合金材料中不同组分的硬度。

五、具体实施方式

实施例1：

本实施例制备硅质量分数为60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％和15％的梯度硅铝合金，制备方法如下：

1、将雾化后的硅铝粉(硅铝质量比3∶1)和铝粉配制得到硅铝质量比为60∶40、55∶45、50∶50、45∶55、40∶60、35∶65、30∶70、25∶75、20∶80和15∶85的不同组分的混合料，分别放到混料机上混料6h。

2、将所述不同组分的混合料按照铝的质量百分比从大到小或从小到大的顺序平铺装入耐热钢模具中，不同组分的混合料平铺后在模具中的厚度相等，在50t液压机上用100MPa预压10分钟，然后放入高频感应加热热压烧结炉中，在氩气气氛中于440℃、45MPa下预烧结10分钟，随后在900℃下烧结1小时；再降温至440℃，并以45MPa的压力保压2小时；

3、脱模后即得梯度硅铝合金材料。

图1为本实施例所得梯度硅铝合金材料的金相显微照片，可以看到组织均匀的晶粒。图2为本发明所得梯度硅铝合金材料X射线衍射物相分析，没有明显的杂峰，材料组分均一。图3为本发明梯度硅铝合金材料的断口扫描照片，可以看出材料致密性高。图4为本发明梯度硅铝合金材料各组分的硬度，可以清楚的看到各个梯度中的硬度均不相同，且硬度变化符合随着硅含量的增加而增加的规律。

实施例2：

本实施例制备硅质量分数为50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％和5％的梯度硅铝合金，制备方法如下：

1、将雾化后的硅铝粉(硅铝质量比3∶1)和铝粉配制得到硅铝质量比为50∶50、45∶55、40∶60、35∶65、30∶70、25∶75、20∶80、15∶85、10∶90和5∶95的不同组分的混合料，分别放到混料机上混料6h。

2、将所述不同组分的混合料按照铝的质量百分比从大到小或从小到大的顺序平铺装入耐热钢模具中，不同组分的混合料平铺后在模具中的厚度相等，在50t液压机上用100MPa预压10分钟，然后放入高频感应加热热压烧结炉中，在氩气气氛中于420℃、45MPa下预烧结10分钟，随后在860℃下烧结1小时；再降温至420℃，并以45MPa的压力保压2小时；

3、脱模后即得梯度硅铝合金材料。

图5为本实施例所得梯度硅铝合金材料的金相显微照片，可以看到组织均匀的晶粒。图6为本发明所得合金材料X射线衍射物相分析，没有明显的杂峰，材料组分均一。图7为本发明合金材料的断口扫描照片，可以看出材料致密性高。图8为本发明合金材料各组分的硬度，可以清楚的看到各个梯度中的硬度均不相同，且硬度变化符合随着硅含量的增加而增加的规律。

Claims

1.通过快速热压制备梯度硅铝合金电子封装材料的方法，其特征在于按以下步骤操作：

a、将气体雾化的硅铝合金粉和纯铝粉按比例进行混料，分别获得硅的质量百分比为5-60%的不同组分的混合料；

所述不同组分的混合料中硅的质量百分比构成等差数列，所述等差数列的公差为5-10%；

b、将所述不同组分的混合料按照硅的质量百分比从大到小或从小到大的顺序平铺装入模具中，不同组分的混合料平铺后在模具中的厚度相等，在氩气气氛中以380-500℃、10-50MPa的压力预烧结10-20分钟，然后在600-900℃下烧结0.5-2小时；再降温至380-500℃，并以10-50MPa的压力保压0.5-2小时；

c、脱模即得相对密度大于99%的梯度硅铝合金材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述等差数列的公差为5%。