DE69615375T2

DE69615375T2 - Verfahren zur Herstellung von Si-Al Legierungen zur Verpackung von electronischen Bauteilen

Info

Publication number: DE69615375T2
Application number: DE69615375T
Authority: DE
Inventors: Luis Elias; George Leatham; Josef Ogilvy
Original assignee: Osprey Metals Ltd
Current assignee: Sandvik Osprey Ltd
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2016-07-19
Also published as: EP0839078B1; JPH11509480A; EP0839078A1; GB9514777D0; ES2164904T3; US6312535B1; DE69615375D1; JP3892039B2; DK0839078T3; GB2317900A; GB9800723D0; WO1997003775A1; GB2317900B; ATE205762T1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abscheidung aus einer Aluminium-Silizium-Legierung mit einem relativ niedrigen thermischen Expansions- Koeffizienten und einem relativ hohen thermischen Expansions-Koeffizienten.
Elektronische Verpackungen liefern das Medium für elektrische Verbindungen wie auch den mechanischen Träger für empfindliche elektronische Schaltungen. Als die Grundlegendste (Null-Niveau) der elektronischen Verpackungen wird im allgemeinen der Halbleiter- Chip (integrierte Schaltung) angesehen, der logische Gatter, Transistoren und Gatter-zu- Gatter-Verbindungen beherbergt, die direkt auf dem Chip erzeugt werden. Der Chip selbst wird aus einer dünnen Scheibe oder einem Plättchen aus kristallinem Halbleiter-Material, wie Silizium oder Galliumarsenid, hergestellt.
Die Verpackung des Chips oder eines Satzes von Chips in einem funktionellen und schützenden Chip-Träger ist die nächste Stufe der elektronischen Verpackung. Chip-Träger können eine Halbleiter-Vorrichtung beherbergen oder einfach als Substrat dienen, auf dem ein Halbleiter angebracht wird. Chip-Träger können reichen von Einzel-Chip-Trägern bis zu komplizierteren Multi-Chip-Modulen, welche viele einzelne Chips enthalten. Silizium ist der am meisten verwendete Halbleiter in Einzel- und Multi-Chip-Modulen; Galliumarsenid wird im Falle von Hochfrequenz-Anwendungen, wie integrierten Mikrowellen-Schaltungen, verwendet.
Das Merkmal "Grad der Integration" beschreibt die Anzahl von Komponenten der Mikro-Schaltung, die auf einem Chip plaziert werden, und ist infolgedessen die Darstellung seiner Komplexizität und Differenziertheit. Der Trend der elektronischen Industrie richtet sich auf die Vermehrung der elektrischen Schaltungen auf dem Chip, d. h. auf die Erhöhung des Integrations-Grades, unter Verminderung der physikalischen Größe der Chips. Ein Ergebnis der Erhöhung des Integrations-Grades sind erhöhte Leistungs-Dichten, und infolgedessen ein höherer, von der Chip-Oberfläche zu verteilender Wärmefluß. Infolgedessen werden Materialien mit guter thermischer Leitfähigkeit benötigt, um den Forderungen der thermischen Handhabung bei ansteigenden Integrations-Graden zu genügen.
Die Entwicklung von Spannungen an der Grenzfläche zwischen Chip und Chip-Träger, Verbindungen und Lötstellen, aufgrund einer Temperatur-Wechsel-Beanspruchung, ist ein primäres Problem der elektronischen Verpackung. Infolgedessen ist der Koeffizient der thermischen Ausdehnung, CTE, von elektronischen Verpackungs-Materialien ein besonders wichtiger Material-Parameter. Eine nahe Angleichung zwischen den CTE-Werten von Chip-Halbleiter- Materialien und Chip-Träger-Materialien vermindert die Entwicklung von Beanspruchungen, die zu Fehlern von elektronischen Schaltungen führen können. Halbleiter-Materialien haben niedrige CTE-Werte, beispielsweise hat Silizium einen CTE-Wert im Bereich von 2,3- 4,3 ppm/ºC, und Galliumarsenid hat einen CTE-Wert nahe zu 6 ppm/ºC.
Reines Aluminium und übliche Aluminium-Legierungen sind als elektronische Verpackungs-Materialien für die Ableitung von Wärme, aufgrund ihrer hohen thermischen Leitfähigkeiten im Bereich von 200-235 W/mºK, populär geworden. Aufgrund der höheren Integrations-Niveaus, die in Multi-Chip-Modulen verwendet werden, und integrierten Mikrowellen- Schaltungen bestehen jedoch Forderungen, die durch Aluminium-Verpackungen nicht erfüllt werden können. Dies gilt für die thermische Expansions-Fehlanpassung, die durch die hohen CTE-Werte dieser Materialien herbeigeführt wird, die im Bereich von 22-24 ppm/ºC liegen.
Andere Materialien, wie eine Legierung aus Fe-29Ni-17Co, auch bekannt als KOVAR (ein eingetragenes Warenzeichen der Firma The Carpenter Technology Corporation), mit einem CTE-Wert von 5,8 ppm/ºC vermindern die thermische Expansions-Fehlanpassung mit Halbleiter-Materialien. Mit einer thermischen Leitfähigkeit von 15-17 W/mºK ist jedoch Kovar nicht das optimale Material für die wirksame thermische Leitung. Wärmebeständige Metalle mit niedriger Ausdehnung, wie Molybdän und Wolfram, haben ebenfalls niedrige thermische Leitfähigkeiten, im Vergleich zu Aluminium. Bei Vermischung mit Kupfer, unter Bildung von W-Cu- und Mo-Cu-Mischungen durch Pulver-Metallurgie oder durch gemeinsames Verwalzen, werden jedoch Verbund-Materialien erzeugt, die Alternativen mit höheren thermischen Leitfähigkeiten bieten, obgleich auf Kosten einer beträchtlichen Gewichts-Zunahme.
Gewichts-Betrachtungen sind besonders wichtig, im Falle von Luftfahrt- und Raumfahrt-Anwendungen. Ein Verfahren zur Herstellung von leichtgewichtigen elektronischen Verpackungs-Materialien mit hohen thermischen Leitfähigkeiten und niedrigen CTE-Werten verwendet Aluminiummetall-Matrix-Zusammensetzungen (JOM, Juli 1992, Seiten 24-28). Siliziumcarbid-Teilchen sind eine übliche keramische Verstärkungs-Wahl, aufgrund ihrer niedrigen thermischen Expansions-Koeffizienten und hohen thermischen Leitfähigkeits-Werten, guten Verfügbarkeit und geringen Kosten, im Vergleich zu anderen keramischen teilchenförmigen Materialien, wie Aluminiumnitrid. Es sind jedoch Belastungen mit Siliziumcarbid in der Größenordnung von 65-75 Vol-% erforderlich, um Aluminiummetall-Matrix-Zusammensetzungen mit den niedrigen CTE-Werten zu erzielen, die für eine elektronische Verpackung erforderlich sind.
Verfahren zur Herstellung von Al/SiC-Metall-Matrix-Zusammensetzungen lassen sich wie folgt klassifizieren:
(i) Verfahren im flüssigen Zustande, bei denen das keramische teilchenförmige Material der aufgeschmolzenen Matrix-Legierung zugesetzt wird, wobei die Matrix-Legierung bewegt wird, um ein Absitzen von SiC aufgrund der Dichte-Unterschiede zu vermeiden, und bei denen das Material vergossen und geformt wird. Diese Methode ist jedoch begrenzt auf SiC-Grade bis zu 30 Vol-%, aufgrund der Probleme der Fließfähigkeit, und auf bestimmte Aluminium-Legierungs-Matrizes, welche kein exzessives Aluminiumcarbid erzeugen, das nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften und den Korrosions-Widerstand ist.
(ii) Festkörper-Prozesse, in denen die Matrix-Legierung mit keramischen Teilchen vermischt und verpreßt wird. Im praktischen Sinne sind diese Verfahren beschränkt auf SiC- Verstärkungen von ungefähr 60 Vol-%, was zu einer Beschränkung der CTE-Verminderung führt, die erreichbar ist.
(iii) Infiltrations-Prozesse, in denen ein grünes SiC-Formteil mit der aufgeschmolzenen Matrix-Legierung infiltriert wird. Durch Infiltrations-Prozesse lassen sich sehr hohe SiC- Teilchen-Beladungen erzielen (bis zu 75 Vol-%). Da das SiC-Al nicht-benetzend ist, wird die Infiltration unterstützt, durch Druck-Infiltration oder durch Konditionierung der SiC-Teilchen- Oberflächen, um die Infiltration durch Kapillarwirkung zu unterstützen. Obgleich erfolgreich, bezüglich der Erzielung der SiC-Beladung, die erfolgreich für die CTE-Anpassung mit Halbleiter-Materialien ist, sind die Metall-Matrix-Zusammensetzungen extrem schwierig zu bearbeiten. Hinzu kommt, daß aufgrund der multi-modalen Verteilung von SiC-Teilchengrößen, die für die Herstellung der grünen vorgeformten Teile erforderlich sind, das MMC ebenfalls schwierig zu metallisieren ist, um die Verbindung herzustellen, und anfällig sein kann für einen Gasaustritt bei dem hohen Vakuum, das für bestimmte Anwendungsfälle erforderlich ist, z. B. einen Helium-Austritt, im Falle von Satelliten-Anwendungen.
(iv) Ein weiterer Weg ist die Sprüh-Verformung, bei dem eine Legierung auf Aluminium-Basis aufgeschmolzen wird, und inertes Gas atomisiert wird und keramische Teilchen in den Metall-Spray injiziert werden, die gleichzeitig mit abgeschieden werden, um einen Metall-Matrix-Verbund zu erzeugen. Es ist jedoch nicht möglich, nach diesem Verfahren die erforderliche hohe Beladung mit SiC (65-75 Vol-%) zu erzielen. Derartige Versuche haben zu einer übermäßigen Porosität geführt, zu einem Verklumpen von Teilchen und zu einer schlechten SiC-Beladungs-Wiederholbarkeit.
Eine weitere Methode zur Herstellung von Aluminium-Legierungen mit einem niedrigen Expansions-Koeffizienten besteht in der Sprüh-Formgebung von hypereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen, in denen das Silizium als verstärkende Phase wirkt. Anstatt der Einführung einer exogenen verstärkenden keramischen Phase oder Phasen, bei der Herstellung von Teilchen oder Fasern, wird die verstärkende Phase, Silizium, "in-situ" erzeugt, durch Keimbildung und Wachstum aus der Flüssigkeit während der Verfestigung der, durch Versprühen erzeugten Abscheidung. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich die endogene verstärkende Phase, Silizium, in perfektem atomischem Kontakt mit der Aluminium-Matrix befindet, da die Phasen im festen Zustand, welche die Legierung bilden, von dem gleichen Lieferanten stammen, nämlich der Legierung in dem flüssigen Zustand. Wir haben Al-Si- Legierungen durch Versprühen mit Silizium-Gehalten bis zu 50 Gew.-% verformt, Beispielsweise veröffentlichten wir eine Arbeit bei der Zweiten Internationalen Konferenz im Jahre 1993, die sich mit einer Sprüh-Verformung befaßte, die sich auf solche Legierungen bezieht, bei denen das Hauptziel darin bestand, Al-Si-Legierungen zu erzeugen, mit bis zu 50 Gew.-% für das Thixo-Schmieden (d. h. das Schmieden in dem halb-festen Zustand, unter Erzeugung von strukturell Abrieb-widerstandsfähigen Produkten). Es wurde jedoch gefunden, daß es nicht möglich war, Materialien herzustellen, die mehr als 35% Silizium enthalten.
In der EP-A-411577 wird ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen auf Aluminium-Basis beschrieben, die Silizium enthalten, bei dem Aluminium-Silizium-Legierungen mit bis zu 15 Gew.-% Si aufgeschmolzen werden, und bei dem ein feines Silizium-Pulver, vorzugsweise mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 10 um, injiziert wird, in Form eines teilchenförmigen Materials, unter Erzeugung von, durch Versprühen hergestellten Abscheidungen mit Gesamt-Silizium-Gehalten bis zu 55 Gew.-%.
Gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung wird "Silizium, das in Aluminium löslich ist, absichtlich in Form von festen Teilchen versprüht und in die Aluminium-Legierung eingemischt. Infolgedessen ist es möglich, eine Legierung auf Aluminium-Basis herzustellen, die einen hohen Gehalt an Silizium aufweist, ohne die Schmelz-Temperatur der Aluminium- Legierung zu erhöhen." Ein Beispiel, das angegeben wurde, war die Herstellung, das Aufschmelzen und Versprühen einer Aluminium-Legierung mit einem Gehalt an 15 Gew.-% Silizium und die gleichzeitige Abscheidung von Silizium-Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 3 um in Mengen, die zu Gesamt-Silizium-Gehalten von 35 Gew.-%, 45 Gew.-% und 55 Gew.-% führten. Die Gieß-Temperatur der Al-Legierung, mit 15 Gew.-% Si, wurde mit 650ºC angegeben.
Wir haben gefunden, daß die Injektion von feinen Teilchen bei derart hohen Volumen- Anteilen führt zu:
(a) einer inhomogenen Verteilung der injizierten Phase in der Matrix,
(b) einer übermäßigen Porosität,
(c) einem hohen Oxid-Gehalt (aufgrund der Verwendung eines feinen Pulvers, das eine große Oberfläche aufweist), und
(d) geringen Ausbeuten (da die feinen Teilchen mit dem atomisierenden Gas fortgetragen werden).
Demzufolge glauben wir, daß ein solches Verfahren nicht praktikabel ist.
Es ist bekannt, daß Silizium-Aluminium-Legierungen hergestellt werden können, durch Aufschmelzen und Vergießen, siehe beispielsweise die deutsche Arbeit "Gefüge und thermische Volumenänderungen von Al-Si-Legierungen" von Chanyuang Gan und Erhard Hornbogen. In dem Zusammensetzungs-Bereich, der von Interesse ist (51-90 Gew.-%), ist die Mikrostruktur des vergossenen Materials gekennzeichnet, durch hauptsächlich große, diskrete, Facetten aufweisende primäre Silizium-Kristalle mit hohem Aspekt-Verhältnis, welche die mechanischen Eigenschaften und die Bearbeitbarkeit beeinträchtigen. Beispielsweise wird in Fig. 1 und 2 dieser Anmeldung die Mikrostruktur von Hartguß, Al 70% Si, dargestellt. Primäre Silizium-Kristalle erscheinen schwarz gegenüber dem hellgrauen eutektischen Al-Si- Bestandteil. Die primäre Größe der Silizium-Teilchen, die als einzelne acikulare Kristalle auftreten, ist von der Größenordnung von Millimetern, was zu einer sehr anisotropen Mikrostruktur führt. Dies macht das Material für die Herstellung zu elektronischen Verpackungen ganz ungeeignet. Beispielsweise sind die Plättchen, die die elektronischen Packungen ausmachen, in typischer Weise 1-5 mm dick, bei einem Hartguß-Material würde es möglich sein, daß ein einzelner Silizium-Kristall vorliegt, der durch die gesamten Platten-Dicke hindurchgeht. Dies würde dazu führen, daß das Material extrem schwierig zu bearbeiten ist, zur Erzielung von feinen Oberflächen-Finishes, die für die Metallisierung erforderlich sind, da der Silizium- Kristall empfänglich sein würde für einen Bruch in einer einzelnen Richtung, längs einer bevorzugten kristallografischen Ebene. Zusätzlich können, aufgrund der großen Silizium-Kristall- Größe, der lokale CTE-Wert und die thermische Leitfähigkeit des Materials sich stark verändern, je nach dem, ob sich Aluminium oder Silizium in Kontakt mit dem Chip oder dem Chip- Träger befindet. Es wird ganz allgemein angenommen, daß diese Legierungen keine technische Anwendbarkeit haben und lediglich verwendet werden als Master-Legierungen, im Falle von, flüssiges Metall verarbeitenden Industrien oder für eine Stahl-Deoxidierung.
Gemäß unserer Erfindung schlagen wir eine Verarbeitung unter Verwendung einer Legierung auf Silizium-Basis, durch Inertgas-Atomisierung unter Erzeugung einer, durch Versprühen erzeugten Abscheidung gemäß Anspruch 1, vor.
Eine kohärente, durch Versprühen erzeugte Abscheidung würde vorzugsweise isostatisch heiß verpreßt werden, bei einer Temperatur oberhalb der Solidus-Linie, um ein Produkt herzustellen, das eine Dichte von praktisch 100% aufweist.
Mit dem Produkt der Erfindung würde jede Bruchstelle verwickelt sein und nicht in einer einzelnen Ebene liegen. Überdies meinen wir mit "fein", daß die Größe der Silizium- Abscheidung geringer als 200 Mikron, im Falle des versprühten Zustandes, ist. Beispielsweise liegt die bevorzugte Abscheidungs-Größe in dem Wie-versprühten Zustand, bei weniger als 100 Mikron. Im Falle von elektronischen Verpackungs-Anwendungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Silizium-Gehalt größer als 65% ist. Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen durch Versprühen erzeugte und isostatisch heiß verpreßte Legierungen aus Al 80% Si, wobei der dunkelgraue Bestandteil Silizium ist und der weiße Bestandteil Aluminium ist. Die praktisch kontinuierliche Phase des Siliziums ist eindeutig sichtbar.
Falls erwünscht, können keramische Teilchen in den atomisierenden Spray eingeführt werden. Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen durch Versprühen erzeugte und "hipped" Legierungen von Al-70 Gew.-% Si und Al-80 Gew.-% Si mit ungefähr 15 gew.%-iger Zugabe von 9 um SiC, wobei der weiße Bestandteil Aluminium ist, der hellgraue Bestandteil Silizium ist und der dunklere Bestandteil teilchenförmiges Siliziumcarbid ist. Die keramischen Teilchen können in den Spray injiziert werden, oder bei der Herstellung des Pulvers können sie einfach zu dem Pulver-Material zugesetzt werden.
Das Verfahren kann die weiteren Stufen der isostatischen Heiß-Verpressung des Materials umfassen. Dies kann in dem halb-festen Zustand geschehen, mit oder ohne Einkapselung.
Enthält das Legierungs-Material Zugaben von keramischen Teilchen, wie Siliziumcarbid, so können bis zu 35 Vol-% des zusammengesetzten Metall-Matrix-Materials eingekapselt sein, evakuiert werden und in dem halb-festen Zustand isostatisch heiß verpreßt werden.
Die anderen Legierungs-Zusätze werden absichtlich zugesetzt und schließen Spurenelemente aus. Zu den Zusätzen können gehören:
Magnesium - bis zu 2 Gew.-% - für die Raffinierung der Silizium-Phase.
Kupfer - bis zu 5 Gew.-% - zur Herstellung einer tertiären Phase mit einem niedrigen thermischen Expansions-Koeffzienten.
Eisen - bis zu 8 Gew.-% - zur Erzeugung einer tertiären Phase mit einem niedrigen thermischen Expansions-Koeffizienten.
Zirkonium - bis zu 0,5 Gew.-% - für die Verstärkung der Aluminium-Matrix.
Zu den Zugaben können ferner beliebige Legierungs-Zugaben gehören, die üblicher Weise Aluminium-Silizium-Legierungen zugegeben werden.
Falls erwünscht, kann das Legierungs-Material keramische Teilchen enthalten, z. B. SiC bis zu 35 Vol%, jedoch nicht in solch großen Volumina, daß die maschinelle Verarbeitbarkeit und Metallisierung des Materials schwierig wird. In geeigneter Weise haben Legierungen oder MMCs gemäß der Erfindung thermische Expansions-Koeffizienten im Bereich von 4,5- 11 ppm/ºK und eine thermische Leitfähigkeit von größer als 100 W/mºK. Der maximale Wert der thermischen Leitfähigkeit, der erreicht werden kann, hängt von den verstärkenden Teilchen ab, z. B. Aluminiumnitrid oder Diamanten.
Das Verfahren kann dazu angewandt werden, um ein mikro-elektronisches Verpackungs-Material herzustellen. Das Legierungs-Material kann halb-fest zu einer Verpackungs- Komponente von gewünschter Konfiguration verarbeitet werden und/oder es kann maschinell verarbeitet werden. Die Erfindung ist ferner anwendbar auf Anwendungsfälle, bei denen eine Anpassung an thermische Koeffizienten eines anderen Materials erforderlich ist und/oder, wo man ein leichtes Gewicht benötigt und/oder, wo man ein leichtes Gewicht benötigt, und wo schnell bewegende Teile von unterschiedlichen Expansions-Koeffzienten vorliegen und/oder einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit.
Die innovativen Unterschiede der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Tatsache, daß als Folge des Herstellungs-Verfahrens der Hauptbestandteil Silizium ist, in Form einer praktisch kontinuierlichen Phase mit Aluminium als dem Legierungs-Element. Durch Atomisierung der Silizium-Legierung beginnt das Silizium-Kristall-Wachstum während des Fluges der atomisierten Tröpfchen, und in der Abscheidung wird eine große Anzahl an Keimbildungs- Stellen erzeugt, die wachsen und aufeinander auftreffen, unter Erzeugung einer Netzwerk- Struktur, in der Silizium-Kristalle willkürlich orientiert sind und nicht diskret und hoch orientiert sind, wie in einer Guß-Struktur, und infolgedessen eine praktisch kontinuierliche Phase bilden, die die Abscheidung strukturell kohärent machen, und dazu befähigen, zu feinen Oberflächen-Finishes verarbeitet zu werden.
Vorteile von, auf diese Weise erzeugten Legierungs-Materialien bestehen darin, daß sie maschinell mit üblichen Carbid-Werkzeugen bearbeitet werden können, daß sie verschweißbar sind, daß sie verankerbar sind und mit Materialien, wie Gold, beschichtbar sind.
Einleitende Daten für zwei Typen von neuen Metall-Matrix-Zusammensetzungen, mit dem Ziel der Verwendung bei integrierten Mikrowellen-Schaltungen (MIC) bzw. Multi-Chip- Modulen (MCM), sind in Tabelle 1 unten dargestellt. Die Tabellen 2 und 3 ermöglichen einen selektiven Vergleich zwischen den Legierungs-Materialien der vorliegenden Erfindung und einem breiten Bereich von Halbleiter- und anderen Materialien, die in der elektronischen Industrie verwendet werden. Diese Details wurden veröffentlicht am 17. November 1995 unter dem Projekt Nr. BRE2-CT2-0146 der Europäischen Gemeinschaft. TABELLE 1: Ausgewählte Eigenschaften von neuen elektronischen MMC-Verpackungs-Materialien TABELLE 2: Ausgewählte Eigenschaften von elektronischen Materialien, Substraten und Verpackung TABELLE 3: Vergleich zwischen neuen MMCs und anderen gegenwärtigen Verpackungs-Materialien
Es werden nun vier Beispiele von geeigneten Legierungs-Zusammensetzungen beschrieben, von denen eine jede gemäß der Offenbarung in unserer Europäischen Patentschrift Nr. 0225732B, durch Versprühen, verformt werden kann, wobei hier auf den Inhalt der Patentschrift Bezug genommen wird. Die Sprüh-Bedingungen sind in geeigneter Weise:
Atomisierendes Gas - Stickstoff
Gas-Metall-Verhältnis 4 m³/kg
Sprüh-Distanz - 700 nm
Die Billet-Größe ist in geeigneter Weise 10 kg, bei einem Durchmesser von 150 mm.

Beispiel 1

80 Gew.-% Si
20 Gew.-% Al.
Der CTE-Wert dieser Legierung liegt bei 4,8 ppm/ºC, und die thermische Leitfähigkeit liegt bei 120 W/mºK und ist geringfügig geringer als die des Beispieles 2, jedoch kann das Material leichter durch Komponenten-Hersteller bearbeitet werden.

Beispiel 2

70 Gew.-% Si
30 Gew.-% Al mit einer 15 Vol-%-Zugabe von SiC.
Dieses Material hat einen CTE-Wert von 6,22 ppm/ºC und eine thermische Leitfähigkeit von 150 W/mºK.

Beispiel 3

70 Gew.-% Si
30 Gew.-% Al
CTE-Wert 6,8 ppm/ºC
Thermische Leitfähigkeit 140 W/mºK.

Beispiel 4

55 Gew.-% Si
45 Gew.-% Al
CTE-Wert 10,5 ppm/ºC
Young-Modul 115 GPa
Fließ-Spannung 140 MPa.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Abscheidung aus einer Aluminium-Silicium-Legierung mit den Stufen:

Aufschmelzen einer Aluminium-Silicium-Legierung, die zwischen 51% und 90% Si enthält;

Inertgas-Atomisierung einer solchen Legierung zu einem Spray, in dem ein Silicium-Kristall-Wachstum während des Fluges der atomisierten Tröpfchen einsetzt; und

Auffangen des Sprays in Form einer kohärenten Abscheidung, in der eine große Anzahl von Silicium-Keimbildungs-Zentren erzeugt wird, die wachsen und aufeinander auftreffen, unter Erzeugung einer praktisch kontinuierlichen Phase von Silicium, die aus feinen, willkürlich orientierten Silicium-Kristallen gebildet wird, wobei

der thermische Expansions-Koeftizient der kohärenten Abscheidung im Bereich von 4,5-11 ppm/ºK liegt; und

die thermische Leitfähigkeit der kohärenten Abscheidung größer als 100 W/MºK ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Silicium-Legierung aufgeschmolzen wird, die mehr als 65 Gew.-% Si enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Größe der Silicium-Fällung geringer als 200 Mikron ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Größe der Silicium-Fällung geringer als 100 Mikron ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem bewußt Legierungs-Zugaben erfolgen, die ausgewählt sind aus 2 Gew.-% Magnesium, bis zu 5 Gew.-% Kupfer, bis zu 8 Gew.-% Eisen und bis zu 0,5 Gew.-% Zirkonium.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das die weitere Stufe der Einführung von keramischen Teilchen umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die keramischen Teilchen Siliciumcarbid-Teilchen sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7 oder 6, bei dem die keramischen Teilchen durch Injektion in den Spray während der Spray-Abscheidung der Silicium-Legierung eingeführt werden.