[发明专利]一种用于喷射成形Si-Al合金固液两相区热加工成型封装零件的工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工成型及电子封装材料领域，特别是提供了一种专门用于低密度、低热膨胀系数、高热导率喷射成形硅铝合金材料固液两相区热加工成型封装零件的工艺方法。

背景技术

电子封装技术是伴随着微电子技术的发展而发展起来的，电子封装的主要作用是为精细电子线路提供机械支撑以及作为导电连接介质，在微电子技术的发展中占有不可或缺的重要地位。电子封装的最基础部分(零级)一般被认为是半导体芯片(集成电路)，其中集成了逻辑门、晶体管和门与门之间的连线，这些均直接集成在芯片上。芯片本身由半导体材料(包括硅或砷化镓)的薄片或晶片制成。热膨胀、散热和轻量化是发展现代电子封装材料所必须考虑的三大基本要素，只有能够充分兼顾这三项基本要求，并具有合理的封装工艺性能的材料才能适应电子信息工业发展趋势的要求。理想的先进电子封装材料应该具有与砷化镓和硅等典型半导体材料相匹配，或略高的热膨胀系数(＜7～9×10^-6/K)、高的热传导率(＞100W/m.K)和低密度(＜3g/cm³)。

Si-Al合金已被证明是一个综合性能满足先进电子封装要求的材料体系，该材料的开发已经显示了广阔的产业化应用前景。硅铝合金一般是指Si元素含量在50％以上、与Al元素共同构成的假合金材料。由于随着Si含量的变化硅铝合金的热膨胀系数和热导率在一定范围内(7～23ppm/℃、120～180W/mK)连续可调，且硅铝合金比重轻(密度小于3×10³Kg/m³)，因此，硅铝合金是一种可以满足现代封装技术要求的轻质、高热导、低热膨胀系数的合金材料。

含硅量较低的Si-Al合金是可以进行传统铸造成形的，但在所感兴趣的成分范围内(50～80wt％Si)，传统铸造Si-Al合金的铸态显微组织主要由粗大的、孤立的、多面化的和高纵横比的一次Si晶体组成，这将有害于力学性能和可加工性，难以满足电子封装的应用要求。针对传统工艺制备Si-Al合金的不足之处，近年来国内外开展了利用先进的快速凝固/喷射成形技术生产硅含量大于50％的Si-Al合金材料的研究工作，并制备出了硅含量大于50％的Si-Al系列合金，获得了微观组织细小、均匀的硅铝合金沉积坯件。本专利申请人前期针对硅铝合金封装材料开展了大量的研究工作，合金成分及其制备技术已申请了发明专利(一种硅铝合金封装材料及其制备方法，专利号：ZL03119606.3；一种微合金化硅铝合金材料及其制备方法，专利申请号：200810239572.X；一种硅铝合金电子封装材料的液相烧结法，专利申请号：200710303659.4)。

美中不足的是，喷射成形工艺因其工艺本身特性会造成所制备的沉积坯料中有部分尺寸不一的孔洞、疏松等缺陷存在，通常情况下喷射成形Si-Al合金沉积坯件的致密度约为95％左右，因此，该材料在加工成型为最终封装零件之前需采用热压或热等静压工艺进行致密化处理，以进一步提高材料的相对致密度，其热压时间为数小时，工艺周期较长，且对设备能力要求较高。在获得致密度较高材料后，还需对工件毛坯进行数控机加工才能获得可用的电子封装零件。而通常微电子和微波器件所要求的封装材料往往尺寸较小，但是数量较大，因此，采用常规的先热压致密化后成型加工零件的工艺路线不可避免地会存在周期长、效率低的问题，并且也会存在毛坯料利用率低、热压过程对设备能力要求较高等问题。

发明内容

本发明针对背景技术中的不足之处，提供一种利用固液两相区热加工成型制备硅铝合金封装零件的工艺，该工艺将喷射成形制备好的工件毛坯和模具一同置于热压炉中将硅铝合金快速加热至固液两相区后进行热压制成型，克服了常规工艺需要先热压致密化处理后进行加工成型封装零件时存在的加工路线长、材料利用率低、生产成本高等一系列问题，在有效地消除喷射成形锭坯中组织缺陷、提高产品综合性能的同时，实现了电子封装零件的短流程、近终成型制造。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于喷射成形硅铝合金固液两相区热加工成型制备封装零件的工艺，其工艺过程如下：将喷射成形制备好的硅铝合金的工件毛坯装入模具中，将硅铝合金的工件毛坯连同模具一同置于热压炉中，并在热压炉中加热升温至硅铝合金的固液两相区后进行封装零件固液两相区热压制成型，以同步实现硅铝合金的材料的致密化处理及封装零件的近终成型制造。

本发明采取的具体工艺步骤如下：

(1)根据零件形状尺寸，设计制造专用压制模具；