[发明专利]一种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备工艺

说明书

所属技术领域

本发明设计一种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备工艺，属于材料制备及功能材料领域。

背景技术

电子封装材料用于承载电子元器件及其连接线路，并具有良好的电绝缘性，封装对芯片具有机械支撑和环境保护作用，对器件和电路的热性能和可靠性起着重要作用。作为电子封装材料要满足以下基本要求：(1)高热导率，低介电常数、低介电损耗，有较好的高频、高功率性能、(2)热膨胀系数(CTE)与Si或GaAs芯片匹配，避免芯片的热应力损坏；(3)有足够的强度、刚度，对芯片起到支撑和保护的作用；(4)成本尽可能低，满足大规模商业化应用的要求；(5)密度尽可能小(主要指航空航天和移动通信设备)，并具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。

电子封装材料可分为金属基，树脂基和陶瓷基封装材料。其中，树脂基封装材料由于成本较低、易于成型等优点，已成为应用规模最大的电子封装材料。但树脂基封装材料的热导率低、易老化等缺点使其无法用于真空环境下的大功率电子器件的封装构件。陶瓷基与金属基电子封装材料主要用于高级微电子器件的封装，如航空航天和军事工程的高可靠、高频、耐高温、气密性强的封装，在民用移动通信、家用电器、汽车等领域也有着广泛应用。陶瓷基封装材料由于制造成本高、难加工等问题，近年来又有逐步被特种金属基封装材料取代的趋势。金属基封装材料具有成本低、易加工等优势，但传统金属封装材料其热膨胀系数偏高，经改进发展出特种金属基封装材料，如W、Mo、Cu复合金属、因瓦合金、可瓦合金等，近年又开发出低密度、高热导率以及低膨胀系数的SiC/Al、Si-Al、Cu/C等封装材料，取代陶瓷封装材料用于军事、通信、航空航天等领域所需的大功率电子器件封装或散热材料。

Si-Al封装材料是随着喷射沉积工艺技术发展，新研发的一种高级电子封装材料，该材料相比于SiC/Al、Cu/C等还具有易加工、强度高等优点。因此，Si-Al材料已成为近年热门的金属基封装材料研究方向，但是传统的铸造方法制备的Si-Al合金中硅相多以粗大的板条状存在，材料的各向异性非常明显，而且粗大硅相会造成材料的机械性能偏低，使得Si-Al合金的应用受到限制，因此其应用受到限制。而利用喷射沉积工艺研制的Si-Al合金电子封装材料，其组织均匀细小，致密度高，因而受到的重视。

发明内容

本发明目的在于提供一种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备工艺，本发明提供的方法在喷射沉积设备上完成，提供的封装材料热膨胀系数为8.5-13，与芯片匹配良好，同时不存在有毒元素，对环境友好，是一种环保的封装材料。其中致密化使用的设备和工艺简单、有效，并降低了成本。

为了实现上述发明目的，本发明采取以下的技术方案：

一种喷射沉积Si-Al合金电子封装材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用喷射沉积的工艺制备Si-Al合金电子封装材料，合金中Si含量为40-60％，余量为Al，按质量比进行配比熔炼，除气变质处理完后将熔体温度升至1400℃-1500℃，将熔体倾入导流槽，流经漏斗后通过气体雾化器，对合金熔体进行熔体雾化处理，并沉积到喷射沉积设备的接受盘上。喷射沉积的工艺参数为：雾化气体为氮气，雾化压力为0.6-1MPa，熔体熔炼温度为1300℃-1450℃，导流槽和漏斗采用温度补偿方法，使之温度保持在1400℃-1500℃，沉积盘的接受距离为650-750mm，得到的喷射沉积坯锭，相对密度达到了95％-98％。

(2)对喷射沉积坯锭进行去皮和端面，并用线切割工艺对坯锭进行切片处理。

(3)将沉积片装入热等静压炉腔中。

(4)将热等静压炉在100-250MPa压力和500℃-550℃温度下保压、保温0.5-3h，冷却后即获得喷射沉积Si-Al合金电子封装材料。

在所述的第一步中，所得喷射沉积Si-Al合金中初生硅相尺寸为6-30um，合金组织致密，没有发现微孔，初生硅相均匀弥散的分布在铝基体中。

近年来喷射沉积技术作为一种重要手段被用于提高和改善铝合金材料的性能。喷射沉积技术采用超常规的技术手段，使得金属熔体的冷却速度达到10³K/s以上。在喷射沉积凝固条件下，凝固过程的各种传输现象可能被抑制，凝固偏离平衡，经典凝固理论不再适用，成为凝固过程的一个特殊研究领域，也成为新型结构、功能材料的重要研制方法。喷射沉积工艺技术作为一种成功商用的快速凝固技术，已经应用于高性能铝合金材料的研究和生产，并极大地改变了传统铝合金材料设计理念。