[发明专利]新型高硅铝合金电子封装材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电子封装的Al-Si-Fe-Mn-Mg合金及其制备方法，尤其涉及一种高硅铝合金电子封装材料的制备工艺。

背景技术

自1958年第一块半导体集成电路问世以来，到目前为止，IC芯片集成度的发展基本遵循MOORE定律。芯片集成度的提高必然导致其发热率的升高，使得电路的工作温度不断上升，从而导致元件失效率的增大。与此同时，电子封装也不断向小型化，轻量化和高密度组装化的方向发展，二十世纪九十年代以来，各种高密度封装技术，如芯片尺寸封装（CSP）,多芯片组件（MCM）及单极集成组件（SLIM）等的不断涌现，进一步增大了系统单位体积的发热率。为满足上述IC和封装技术的迅速发展，一方面要求对封装的结构进行合理的设计；另一方面，为从根本上改进产品的性能，全力研究和开发具有低密度低膨胀高导热及良好综合性能的新型封装材料显得尤为重要。用高硅铝合金制备的电子封装材料由于具有质量轻（密度小于2.7 g·cm^-3）、热膨胀系数低、热传导性能良好、以及高的强度和刚度，与金、银、铜、镍可镀，与基材可焊，易于精密机加工、无毒等优越性能，符合电子封装技术朝小型化、轻量化、高密度组装化方向发展的要求。另外，铝硅在地球上含量都相当丰富，硅粉的制备工艺成熟，成本低廉，所以铝硅合金材料成为了一种潜在的具有广阔应用前景的电子封装材料，但由于铝硅合金当硅含量较高时材料加工成形困难，期待研发出一种工艺稳定，成本较低，材料综合性能优良的制备工艺。

发明内容

为解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种能显著提高材料的热导率、气密性和抗拉强度，保持材料较低的热膨胀系数，大幅度改善材料加工成形性能，减化材料的制备工艺，降低材料的制造成本的高硅铝合金材料的制备工艺，使铝硅电子封装材料具有优良的综合使用性能。

本发明的第二目的在于提供一种新型高硅铝合金电子封装材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型高硅铝合金电子封装材料，含有Al、Si、 Fe、Mn和Mg，各组分的重量百分比为： Si 12～40%，Fe 0.3～0.6%，Mn 0.3～0.45%，Mg 0.3～0.5%，其余为Al。

 一种新型高硅铝合金电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：

1）准备配料；

2）将上述配料熔炼，喷射沉积得到锭坯；

3）将上述锭坯进行去应力退火；

4）将退火后的锭坯进行热致密化加工，得到综合性能优异的高硅铝合金电子封装材料。

所述步骤2）具体为将上述配料在中频感应炉内进行熔炼，升温至750～1350℃，充分搅拌，用30%NaCl＋47%KCl＋23%冰晶石为熔剂进行覆盖造渣，并用六氯乙烷除气；金属液滴经漏嘴注入喷射沉积装置中，被高压氮气雾化后的金属液珠直接喷入距离喷嘴约200～300mm的基体上沉积，制备成一定尺寸的锭坯。

所述步骤3）具体为将合金锭坯进行去应力退火，其退火温度为400～500℃，保温时间为2～5小时。

所述步骤4）为将锭坯进行热致密化加工，具体工艺为热锻，锭坯加热温度为480～540℃，保温0.5～2小时，采用模锻，反复多次后锻成一定厚度的锭坯，其致密度达到99.8%以上，得到综合性能优异的高硅铝合金电子封装材料。

本发明提出的新型铝硅合金电子封装材料及其制备方法，是在二元铝硅合金的基础上添加微量的Fe(0.3～0.6%)、Mn(0.3～0.45%)、Mg(0.3～0.5%)，合金中加入适量的Mn元素后一是可消除针状Al-Fe-Si相，而形成颗粒状的金属间化合物Al-FeMn-Si，二是可提高合金的热稳定性；加入适量的Mg可以形成少量强化相Mg₂Si，从而提高合金强度，但不影响其他性能。

本发明提出了一种切实可行的工艺路线，通过喷射沉积技术将合金制备成锭坯，锭坯经去应力退火，退火后的锭坯采用模具进行热致密化，通过多次反复小变形的热锻方式，促进锭坯的变形以达到合适的密度，减少了材料的气孔率和孔隙率，同时，提高了材料的致密度、导热系数及强度等综合性能，从而制备出低膨胀，高导热，高强度的铝硅复合电子封装材料。

热致密化后材料的性能指标分别如下：