CN111020308A - 一种新型电子封装高硅铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型电子封装高硅铝合金，按质量百分比计，高硅铝合金的成分为：Sc 0.1～0.5%、Si 15～40%、Mg 0.25～0.45%、Mo 0～1%、其余为Al。本发明通过对高硅铝合金进行了钪变质和激光表面复合处理技术，提高高硅铝合金力学性能、耐磨性和抗疲劳性能。本发明还公开了一种新型电子封装高硅铝合金的制备方法。

Description

一种新型电子封装高硅铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种新型电子封装高硅铝合金及其制备方法。
背景技术
高硅铝合金具有密度相对较小、热导性能较高、热膨胀系数较低、力学性能良好、无毒等特点，并且与一些常用的电镀金属均可镀，具备一定的焊接性能，便于精密机械加工。因此，高硅铝合金电子封装材料符合新型电子封装发展的要求。高硅铝合金作为电子封装材料的优势不仅在于其比重小可以实现轻质化的目的，还在于材料的一些物理性能会因为合金成分配比的变化而改善，在低成本的基础上又具备优越的综合性能，其基本成分铝与硅的资源十分富足，所以高硅铝合金电子封装材料在航空、航天及国防等领域内具有十分广阔的应用前景。
电子封装应用场景的扩大和某些场景条件日趋苛刻，对电子封装材料的力学性能、耐磨性能和抗疲劳性能都提出了更高的要求。提高铝合金强度常用的方法是晶粒细化：CN107937763A中公开了一种铝合金电子封装材料及其制备方法，合金材料的组成包括硅铝合金90～96％、铜0 .06～0 .13％、锰0 .01～0 .1％、锌0 .08～0 .15％、铬0 .02～0.06％、钛0 .03～0 .07％、铜 0 .15～0 .25％、锆0 .1～0 .15％、稀土0 .04～0 .16％、钼1～2％，余量为镁，进一步的，硅铝合金中所占质量百分比，硅55～65％，铝35～45％。该方案中主要采用稀土元素，获得较好的合金组织和性能。但上述方案中合金元素多，增加了合金成本，并且冶炼难度加大，后期为了使材料均匀化，需要热轧和冷轧等处理工序，增多了产品工序，增加了生产成本。本专利提供一种工艺简单、方便可行且易于推广应用的新型电子封装高铝硅合金及其制备方法。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种力学性能和表面性能良好的新型电子封装高硅铝合金。
为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种新型电子封装高硅铝合金，其特征在于，按质量百分比计，高硅铝合金的成分为：Sc 0.1～0.5%、Si 15～40%、Mg 0.25～0.45%、Mo 0～1%、其余为Al。
优选的技术方案为，按质量百分比计，高硅铝合金的成分为：Sc 0.1～0.5%、Si 15～40%、Mg 0.25～0.45%、Mo 0.1～1%、其余为Al。
本发明的目的之二在于提供一种新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，高硅铝合金的成分为：Sc 0.1～3%、Si 15～40%、Mg 0.25～0.45%、Mo0～1%、其余为Al；新型电子封装高硅铝合金的制备方法包括如下步骤：
S1：熔炼，850～900℃下熔化纯铝及纯硅，待完全熔化后按配比加入纯镁、纯钼和铝钪中间合金，形成混合熔体；向熔体中加入精炼剂除渣；
S2：浇注，将合金熔体浇入预热模具中凝固成型。
优选的技术方案为，所述预热模具的温度为200～250℃。
优选的技术方案为，还包括对S2所得成型铸件的固溶和时效热处理。
优选的技术方案为，所述固溶热处理的工艺参数为：温度为520～560℃，时间为10～24h。
优选的技术方案为，所述时效热处理的工艺参数为：温度为150～180℃，时间为4～8h。
优选的技术方案为，还包括热处理后成型件的激光表面处理。
优选的技术方案为，所述激光表面处理的工艺参数为：激光脉宽为5～30 ns，脉冲能量1～100 J，重复频率1Hz。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明采用对高硅铝合金采用Sc变质和激光表面复合处理技术，不仅提高高硅铝合金的力学性能，也提高高硅铝合金的表面耐磨性能和抗疲劳性能。
以纯铝、纯硅和中间合金为原料，采用熔炼法制备新型电子封装高硅铝合金，工艺简单可靠、方便且易于推广。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
新型电子封装高硅铝合金的组成
新型电子封装高硅铝合金材料中的基本组成元素为硅、镁、钪和铝，进一步的，还包括钼。
添加钼元素可以增加高硅铝合金的硬度，同时抑制析出相的析出，从而得到细小的第二相析出。
热处理
热处理包括固溶热处理和时效热处理，其固溶的作用为使共晶硅钝化和Mg2Si固溶入铝基体，时效的作用在于获得纳米析出相。
激光表面处理
激光表面处理的作用在于提高铝硅合金的表面性能，Sc变质和激光表面处理的复合处理方法制备新型电子封装高铝硅合金扩大了电子封装材料的应用范围。
本发明制备的高硅合金的检测标准如下：
1、抗弯强度国标(GB/T 6569-86)；
2、拉伸试验和延伸率依据国标GB/T228.1-2010。
实施例1（0.1wt.%Sc变质Al-20Si电子封装材料）
实施例1新型电子封装高硅铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1：将纯Al放入熔炼炉中，加热至850～900℃熔化，然后加入纯Si、0.5wt.%纯Mo、0.3wt.%纯Mg，熔化后搅拌均匀，随后将Al-Sc(Sc平均质量分数为3%)中间合金按配比加入到铝硅熔体中，待全部熔化后搅拌2～5min，加入精炼剂，保温10min，打渣后保温至750～850℃；
S2：将熔体浇注到预热温度为200～250℃的模具中，凝固成型。
S3：将制备的铝硅合金放入电阻箱式炉中进行固溶和时效热处理，固溶温度为550℃，时间为20h，时效温度为175℃，时间为4h。
S4：热处理后将试样切割成所需形状后进行激光表面处理，工艺参数为激光脉宽为15 ns，脉冲能量30 J，重复频率1 Hz。
经检测，实施例1所制备0.1wt.%Sc变质Al-20Si电子封装合金材料的抗弯强度210MPa，抗拉强度为170MPa，延伸率为3%。
实施例2（0.3wt.%Sc变质Al-20Si电子封装材料）
实施例2基于实施例1，区别在于，按质量分数计，实施例2电子封装高硅铝合金材料中含0.3%的Sc。
经检测，实施例2所制备0.3wt.%Sc变质Al-20Si电子封装材料的抗弯强度230MPa，抗拉强度为210MPa，延伸率为4%。
实施例3（0.1wt.%Sc变质Al-30Si电子封装材料）
实施例3同样基于实施例1，区别在于，按质量分数计，实施例2电子封装高硅铝合金材料中硅含量增加为30%；
另，S4试样切割成所需形状后进行激光表面处理的工艺参数为：工艺参数为激光脉宽为20 ns，脉冲能量50 J，重复频率1 Hz。
经检测，实施例3所制备0.1wt.%Sc变质Al-30Si电子封装材料的抗弯强度220MPa，抗拉强度为200MPa，延伸率为4%。
对比例（Al-20Si电子封装材料）
对比例基于实施例1，区别在于，对比例中不包含Sc，即S1中加入纯Si、纯Mo和纯Mg，熔化后搅拌均匀，加入精炼剂，保温10分钟，打渣后保温，然后转入S2中浇注成型。
经检测，对比例所制备Al-20Si电子封装材料的抗弯强度210MPa，抗拉强度为170MPa，延伸率为3%。
根据GBT12444-2006对实施例和对比例试样磨损试验，根据GBT3075对实施例和对比例试样疲劳试验，与对比例相比，实施例1-3试样的耐磨性和抗疲劳性均得到提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型电子封装高硅铝合金，其特征在于，按质量百分比计，高硅铝合金的成分为：Sc 0.1～0.5%、Si 15～40%、Mg 0.25～0.45%、Mo 0～1%、其余为Al。
2.根据权利要求所述的新型电子封装高硅铝合金，其特征在于，按质量百分比计，高硅铝合金的成分为：Sc 0.1～0.5%、Si 15～40%、Mg 0.25～0.45%、Mo 0.1～1%、其余为Al。
3.一种新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，高硅铝合金的成分为：Sc 0.1～3%、Si 15～40%、Mg 0.25～0.45%、Mo 0～1%、其余为Al；新型电子封装高硅铝合金的制备方法包括如下步骤：
S1：熔炼，850～900℃下熔化纯铝及纯硅，待完全熔化后按配比加入纯镁、纯钼和铝钪中间合金，形成混合熔体；向熔体中加入精炼剂除渣；
S2：浇注，将合金熔体浇入预热模具中凝固成型。
4.根据权利要求3所述的新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，所述预热模具的温度为200～250℃。
5.根据权利要求3或4所述的新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，还包括对S2所得成型铸件的固溶和时效热处理。
6.根据权利要求5所述的新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，所述固溶热处理的工艺参数为：温度为520～560℃，时间为10～24h。
7.根据权利要求5所述的新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，所述时效热处理的工艺参数为：温度为150～180℃，时间为4～8h。
8.根据权利要求5所述的新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，还包括热处理后成型件的激光表面处理。
9.根据权利要求8所述的新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，所述激光表面处理的工艺参数为：激光脉宽为5～30 ns，脉冲能量1～100 J，重复频率1Hz。
10.根据权利要求3所述的新型电子封装高硅铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝钪中间合金中的钪平均质量分数为3%。
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