[发明专利]一种高硅Sip/Al合金复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高硅Sip/Al合金复合材料的制备方法，对Si粉体进行淘洗，去除其中细小的Si颗粒，将经淘洗平均粒径为10‑50um的Si粉体与平均粒径为5‑20um的Al合金粉体配料，双轴滚筒混料，在钢模中400‑600MPa单向压制，高纯N₂气氛660‑720℃常压烧结制备的30wt％Sip/Al合金复合材料的致密度为98.2％，抗弯强度为244.6MPa，热导率为139.1W/(m·K)，25℃‑100℃的平均热膨胀系数为15.1×10^‑6/K；50wt％Sip/Al合金复合材料致密度可达97％，抗弯强度达到214MPa，热导率达到130W/(m·K)，25℃‑100℃的平均热膨胀系数低至10.1×10^‑6/K。该高硅Sip/Al合金复合材料的综合性能优良，可用作高性能电子封装材料。

技术领域

本发明涉及一种Al合金基复合材料的制备方法，具体地说是一种高硅Sip/Al合金复合材料的制备方法，属于新材料及其制备工艺领域。

背景技术

近年来，我国电子信息技术及产业飞速发展，超大规模集成电路和多芯片模块的广泛使用以及电子器件微型化、轻质化都对电子封装材料提出了越来越高的要求。传统电子封装材料在性能及制备技术方面均存在着很多不足，难以满足现代电子信息技术对封装材料的要求，新型复合材料的开发是解决这些问题的重要途径。而高硅Sip/Al复合材料因为其高热导、低热膨胀、低密度等优异的性能，特别是其机加工性能优于另一种典型封装材料—高体积的SiCp/Al复合材料，而受到业界的关，并已实用化。

英国Ospray公司开发的喷射沉积制备高硅Sip/Al复合材料有诸多优点，但由于喷射沉积坯件的致密度不高，坯件须进行后续致密化处理(热压、热等静压、锻造等)，工序较繁杂，设备昂贵。此外，将致密的锭块加工成形状复杂的腔体零件，加工量大，材料利用率低，加工成本高。因此，高硅Sip/Al复合材料制品的价格昂贵，限制了其应用范围。而采用熔渗法制备高硅Sip/Al复合材料，其中的Si相的含量难以准确控制，且熔渗温度高，会形成粗大的初晶Si片，恶化复合材料的显微组织，对复合材料的热学、力学性能也会产生十分不利的影响。粉末冶金法是制备金属基复合材料最重要的方法之一，具有工艺简单，烧结温度低，复合材料中增强体含量及分布精确控制等优点，特别是，可以大尺寸或复杂性形状零部件的近净成形，大大降低加工量和材料损耗，降低加工成本，因而，采用粉末冶金法制备高硅Sip/Al复合材料及器件优势显著。因此，开发成熟的高硅Sip/Al电子封装复合材料粉末冶金制备技术，提高复合材料性能，满足我国电子信息产业发展的需求，具有重要意义和工程应用的价值。

发明内容

本发明旨在提供一种高硅Sip/Al合金复合材料的制备方法，所要解决的技术问题是通过优化制备参数以提高高硅Sip/Al合金复合材料的力学及热物理性能。

本发明有针对性地对市购的Si粉体进行淘洗，去除其中的细小Si颗粒，合理选配不同粒径的Si粉体与Al合金粉体，提高压坯的致密度，并采用常压烧结这一最简单易行的粉末冶金材料烧结技术，替代喷射沉积、热压等致密化工艺，实现高硅Sip/Al合金复合材料的低成本制备，并赋予其理想的显微组织结构与优异的性能，满足电子信息产业对新型封装材料日益提高的性能要求，促进相关产业快速、高水平发展。

本发明制备的高硅Sip/Al合金复合材料中，Sip的含量为30-50wt％，优选为30wt％，余量为Al合金。

本发明高硅Sip/Al合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)淘洗：将市购的Si粉体在去离子水中超声处理10-20min，随后静置10-20min，将去离子水连同悬浮于其中的细小Sip一起倒掉，重复淘洗3-5次，直至去离子水完全澄清；淘洗后的Si粉体于150℃保温干燥12h备用，淘洗后的Sip粉体的平均粒径(d₅₀)为10-50μm；