CN105986132A - 通过喷射沉积与近熔点压制致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种通过喷射沉积与近熔点压制致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法，其主要步骤为：先将硅铝材料按比例配料，其中硅原料的质量百分比为30％～50％，其余为工业纯铝；将混合后的材料放入中频感应炉内加热、搅拌，并进行覆盖造渣与除气处理，采用喷射沉积将金属熔液制成坯体；对坯体进行预处理；对预处理后的合金材料进行近熔点压制致密化处理，脱模水冷后即得到性能优异的高硅铝合金电子封装材料。本发明突出采用通过喷射沉积与近熔点压制致密化方法制备高硅铝合金，工艺简单、设备要求较低、能耗小，所制得合金材料力学性能、热膨胀系数、热导率、气密性都达到了电子封装材料的使用要求，综合性能优异，完全适用于现代电子封装领域。
Description
技术领域
本发明属于现代电子封装技术领域，特别是提供了一种通过喷射沉积与近熔点致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法。
背景技术
在现代电子封装技术领域，高硅铝合金材料具有良好的比刚度、热膨胀系数以及热导率，与印刷电路板相匹配，能减少射频散射和辐射损耗，是一种优良的电子封装材料，广泛用作高频印刷电路的衬板。然而，当合金成分中Si的质量分数大于12.2％时，利用传统熔铸法制备硅铝合金，合金中Si相的分布极不均匀，并最终导致材料的力学性能差，难以进行机械加工等后续处理。随着合金中硅含量的升高，这一问题更为突出，同时受到工艺本身的局限，很难制备高硅铝合金，阻碍了这种很有应用前景的电子封装材料的实际生产和应用。
与传统熔铸法相比，利用喷射沉积法制备的高硅铝合金具有组织均匀细小、无粗大共晶组织、力学性能优异等优点，非常适合于电子封装材料。但是，由于喷射沉积的工艺特点，气体卷入、溶解气体的析出以及凝固收缩等因素都会导致合金中存在一定数目的孔隙，一般相对密度小于95％，未能达到电子封装材料的要求。因此，采用喷射沉积技术制备的高硅铝合金通常需要进行后续致密化处理。
传统的致密化处理通常为轧制、锻压等方法，均存在成本高、加工程序复杂、加工时间长以及加工材料致密化不均匀等缺点，难以满足高硅铝合金材料致密化处理的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备成本低，流程短的高硅铝合金电子封装材料，该材料具有组织均匀、致密度高、膨胀系数低以及导热率高等特点，综合性能优异，完全适用于电子封装。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种通过喷射沉积与近熔点压制致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将硅铝材料按比例配料；
2)将上述材料在中频感应炉内熔炼，喷射沉积得到高硅铝合金坯体；
3)将坯体进行初加工。
4)将坯体进行近熔点压制致密化处理，得到性能优异的高硅铝合金电子封装材料。
步骤1)中，合金成分按质量百分比计，具体配料比例为硅含量为30％～50％，余量为工业纯铝。
步骤2)中，将上述配料在中频感应炉内熔炼，升温至800～1200℃，充分搅拌；在覆盖造渣与除气处理后，将熔液导入喷射沉积装置，采用环缝式气流雾化喷嘴，以高压液氮为雾化冷却介质，雾化系统和沉积基底配合方式为斜喷直拉，喷射沉积得到高硅铝合金电子封装材料坯体。喷射沉积制备高硅铝合金的具体工艺参数如下：倾斜角度为20°～25°，雾化气体压力为0.6～1MPa，熔体温度为1273K～1573K，偏心距为20～30mm，沉积距离为200～400mm，喷嘴直径为3～6mm，沉积盘旋转速度为300～600r/min，沉积盘下降速度为10～15mm/min。
步骤3)中，将所得到的坯体进行初加工，加工尺寸为Φ100×100mm。
步骤4)中，首先对压机工作台装配模具，模具尺寸内径Φ105×175mm，模具内壁涂液态H-BN，防止金属与模具粘接难以脱模；再将喷射沉积态高硅铝合金放入模具，采用感应线圈加热模具及高硅铝合金，升温高硅铝合金近熔点温度(700℃～1100℃)，并保温5～15分钟；保温结束后关闭感应线圈电流，进行压力压制，压强大小为40MPa～80MPa，压至压头不再运动后保压10s～30s；保压结束后进行脱模水冷，即可得到综合性能优异的高硅铝合金电子封装材料。
本发明使用的原料为硅和铝，原料资源丰富，降低了电子封装材料的制备成本，因而在现代电子生产技术领域具有很大的发展空间。
针对电子封装材料的高导热、低膨胀系数的视场需求，本发明突出采用通过喷射沉积与近熔点压制致密化方法制备高硅铝合金，工艺简单、设备要求较低、能耗小，所制得合金材料力学性能、热膨胀系数、热导率、气密性都达到了电子封装材料的使用要求。
附图说明
附图1是本发明高硅铝合金电子封装材料微观组织形貌。
(a)为硅含量30％合金材料的显微组织照片
(b)为硅含量40％合金材料的显微组织照片
(c)为硅含量50％合金材料的显微组织照片
附图2是本发明的50％Si/Al合金材料加工后的样品照片
具体实施方式
实例1、喷射沉积近熔点压制致密化Al-30％Si合金
将纯铝及高纯硅在中频感应炉炉中熔化、精炼并脱气，Si含量30％，采用环缝式气流雾化喷嘴，以高压液氮为雾化冷却介质，雾化系统和沉积基底配合方式为斜喷直拉，喷射沉积制备Al-30％Si合金的具体工艺参数如下：倾斜角度为20°，雾化气体压力为0.6MPa，熔体温度为1273K，偏心距为20mm，沉积距离为300mm，喷嘴直径为3mm，沉积盘旋转速度为500r·min-1，沉积盘下降速度为12.8mm·min-1。将沉积坯加工为Φ100×100mm大小，装入模具，采用感应线圈加热至700℃，并保温6分钟。保温结束后关闭感应线圈电流开始压制，压制压力45MPa，压至压头不再运动后保压20s，脱模水冷。
材料性能如表1、2所示。
实例2、喷射沉积近熔点压制致密化Al-40％Si合金
将纯铝及高纯硅在中频感应炉炉中熔化、精炼并脱气，Si含量40％，采用环缝式气流雾化喷嘴，以高压液氮为雾化冷却介质，雾化系统和沉积基底配合方式为斜喷直拉，喷射沉积制备Al-40％Si合金的具体工艺参数如下：倾斜角度为20°，雾化气体压力为0.8MPa，熔体温度为1393K，偏心距为20mm，沉积距离为380mm，喷嘴直径为4mm，沉积盘旋转速度为500r/min，沉积盘下降速度为15.5mm/min。将沉积坯加工为Φ100×100mm大小，装入模具，采用感应线圈加热至810℃，并保温10分钟。保温结束后关闭感应线圈电流开始压制，压制压力60MPa，压至压头不再运动后保压20s，脱模水冷。
材料性能如表1、2所示。
实例3、喷射沉积近熔点压制致密化Al-50％Si合金
将纯铝及高纯硅在中频感应炉炉中熔化、精炼并脱气，Si含量50％，采用环缝式气流雾化喷嘴，以高压液氮为雾化冷却介质，雾化系统和沉积基底配合方式为斜喷直拉，喷射沉积制备Al-50％Si合金的具体工艺参数如下：倾斜角度为20°，雾化气体压力为1MPa，熔体温度为1473K，偏心距为25mm，沉积距离为380mm，喷嘴直径为4.5mm，沉积盘旋转速度为500r/min，沉积盘下降速度为17.2mm/min。将沉积坯加工为Φ100×100mm大小，装入模具，采用感应线圈加热至900℃，并保温10分钟。保温结束后关闭感应线圈电流开始压制，压制压力65MPa，压至压头不再运动后保压20s，脱模水冷。
材料性能如表1、2所示。
表1喷射沉积近熔点压制致密化高硅铝合金力学性能
表2喷射沉积近熔点压制致密化高硅铝合金热物理性能
Claims (5)
1.一种通过喷射沉积与近熔点压制致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法，包括以下步骤：
1)将硅铝材料按比例配料；
2)将上述材料在中频感应炉内熔炼，喷射沉积得到高硅铝合金坯体；
3)将坯体进行初加工。
4)将坯体进行近熔点压制致密化处理，得到性能优异的高硅铝合金电子封装材料。
2.根据权利要求1，所述的一种通过喷射沉积与近熔点压制致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法，其特征在于：步骤1)中合金成分按质量百分比计，具体配料比例为硅含量为30％～50％，余量为铝。
3.根据权利要求1，所述的一种通过喷射沉积与近熔点压制致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法，其特征在于：步骤2)具体为将上述配料在中频感应炉内熔炼，升温至800～1200℃，充分搅拌；在覆盖造渣与除气处理后，将熔液导入喷射沉积装置，采用环缝式气流雾化喷嘴，以高压液氮为雾化冷却介质，雾化系统和沉积基底配合方式为斜喷直拉，喷射沉积得到高硅铝合金电子封装材料坯体。
4.根据权利要求1，所述的一种通过喷射沉积与近熔点压制致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法，其特征在于：步骤3)中，将所得到的坯体进行初加工，加工尺寸为Φ100×100mm。
5.根据权利要求1所述的一种通过喷射沉积与近熔点压制致密化制备高硅铝合金电子封装材料的方法，其特征在于：步骤4)中，首先对压机工作台装配模具，模具尺寸内径φ105×175mm，模具内壁涂液态H-BN，防止金属与模具粘接难以脱模；再将喷射沉积态高硅铝合金放入模具，采用感应线圈加热模具及高硅铝合金，升温高硅铝合金近熔点温度(700℃～1100℃)，并保温5～15分钟；保温结束后关闭感应线圈电流，进行压力压制，压强大小为40MPa～80MPa，压至压头不再运动后保压10s～30s；保压结束后进行脱模水冷，即可得到综合性能优异的高硅铝合金电子封装材料。
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