[发明专利]一种轻质电子封装材料的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻质电子封装材料的制备工艺，材料为高硅铝，属于电子封装领域。

背景技术

近年来电子设备向高速、小型、高功率、高可靠性发展，半导体器件向高集成、大规模、多片状、高功率发展，电路配线则向微细、短线、低电阻等方向迅速发展。为了使计算机运行速度更快，就需要在集成电路基片上排布更多的线路，这将导致集成块单位体积内产生的热量大幅度增加，每块基片所需传输的功率也将大幅度地提高，如果这些热量不能通过基片等封装结构迅速散发出去，集成块将难以正常工作，情况严重时，甚至可以导致集成块被烧坏。因此工作时的温度变化和由热膨胀系数差异引起的热应力是大规模集成电路需面对的两个关键问题，其解决途径有两条：一是设计合理的封装机构；二是选择适当材料，改进材料性能。

用高硅铝材料制成的电子封装材料具有高的强度和刚度，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，铝和硅在地球上含量都相当丰富，制备工艺成熟，成本低廉，所以铝硅合金材料作为一种潜在的具有广阔应用前景的电子封装材料，受到越来越多人的重视，特别是在航空航天领域。高硅铝合金作为轻质电子封装材料，其优点突出表现在：一是通过改变合金成分可实现材料物理性能设计；二是该类材料是飞行器用质量最轻的金属基电子封装材料，兼有优异的综合性能；三是可实现低成本要求。

目前制备高硅铝电子封装材料的方法主要有粉末冶金法和喷射沉积法，但这两种制备工艺比较复杂，且成本相对较高，因此期望可以研发出一种工艺稳定简单、成本较低、材料制备技术优良的制备工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轻质电子封装材料的制备工艺，由本发明得到的电子封装材料具有高硅铝材料高热导率、气密性，高抗弯强度和抗压强度等力学性能，保持材料较低的热膨胀系数，同时使材料具有良好的加工性，材料的制备成本低的优点。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种轻质电子封装材料的制备工艺，其工艺步骤如下：

(a)该电子封装材料的成分由铝和硅构成，其中硅的质量百分比含量为30％-80％，其余为铝，首先将铝和硅混合后置于800℃～1300℃下经真空感应炉熔炼制成自耗电极棒；

(b)将自耗电极棒装入电渣炉进行电渣熔炼，电渣炉工作电压为20-40V，工作电流为1～10kA，引弧块为纯铝块，引弧渣料为CaF₂，熔炼过程中加入经500℃～800℃下保温4～8小时的电渣渣料，电渣渣料的加入量为自耗电极棒质量的3％～4％，所述的电渣渣料由Na₃AlF₆、NaCl及KCl组成，电渣渣料组份的质量百分数为：20％～30％Na₃AlF₆、25％～35％NaCl、45％～55％KCl；

(c)电渣熔炼后经水冷结晶器快速凝固的铝硅铸锭在325℃～375℃退火处理3～5小时后通过机加工即得到成品。

有益效果

本发明提出了一种简单易行的工艺路线，通过电渣重熔时电流流经熔融渣料产生的电阻热作为热源对铝硅合金进行熔炼，从而净化合金。又经水冷结晶器快速凝固，获得均匀细小的初生硅相及铝硅共晶相组织，经后续热处理，材料组织更加稳定弥散。通过这种方法获得的高硅铝电子封装材料，性能特点如下：

热膨胀系数低：7×10^-6/℃～17×10^-6/℃；

密度小：2.4×g/cm³～2.56×g/cm³；

热导率(300K时)高：120W/mK～180W/mK；

力学性能优良：抗弯强度＞140MPa；抗压强度＞100MPa；屈服强度＞100MPa；

其它优异性能：电导率高、致密度好、具有一定高温热稳定性。

可见其综合性能指标明显优于传统电子封装材料。与铝硅粉末冶金法及喷射沉积法相比电渣重熔制备方法工艺简单，成本相对较低，可以大规模生产。

综上所述，本发明采用的电渣重熔工艺可以显著细化高硅铝组织，提高其热导率、密度和力学性能，降低其热膨胀系数，得到轻质电子封装材料。

附图说明

图1是本发明生产的含硅质量分数为50％的铝硅电子封装材料的初生硅相和铝硅共晶组织金相照片。

图2是本发明生产的含硅质量分数为50％的铝硅电子封装材料经热处理后弥散分布的共晶组织金像照片。