[发明专利]一种金属基电子封装薄壁零件顺序加载模锻成形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基电子封装薄壁零件顺序加载模锻成形的方法。

背景技术

近年来，制备高增强相含量的金属基基复合材料吸引全世界范围内材料工作者的注意。与传统的金属和合金相比，高增强相含量的金属基基复合材料具有高的比强度、比弹性模量、低膨胀、高导热，原材料价格不到钨铜合金的l/10，重量也不及其1/5，而且性能可任意剪裁等一系列优点。例如它可以同时具有高弹性模量(可超过20OGPa,与钢材相当)、超高的比模量(接近铝合金、钛合金的3倍)和很高的热导率、极低的热膨胀系数(可与陶瓷相当)。因此，目前高体分率的SiC/Al金属基复合材料已经成为电子封装第三代的代表。

国外高增强相含量的金属基基复合材料电子封装材料经过十多年的研究和发展已经开始从试验阶段步入实用阶段，主要应用于军用电子产品，包括军用混合电路(HIC)、微波管的载体、多芯片组(MCM)的热沉和超大功率模块(IGBT)的封装均取得较好的效果。在高性能飞机的相控阵雷达中使用SiCp/Al复合材料封装后,电路的体积和重量大幅度减小，并提高了可靠性。美国在多个军事工程，特别是航空航天中已规模化使用这种SiC/Al复合材料，例如在F-22“猛禽”战斗机上，大量采用该材料作为印刷电路板板芯，电子设备基座及外壳。另外，应用该材料的先进航空航天器还包括F-19“大黄蜂”战斗机，EA-6B“徘徊者”电子战飞机，以及用作反射镜及其框架的空间望远镜等。由于高SiC含量的铝基复合材料集优异的承载功能、卓越的热控功能、乃至独特的抗共振功能于一身，因此在航空航天领域有极大的应用潜力。例如，用该材料替代铝合金或钛合金用于航空航天光电探测结构，可显著提高平台在力、热负荷作用下的精度稳定性；替代钨铜、铝铜专用封装合金用于航空航天电子元器件，可实现相应元件减重70～80％，整部电子装备减重可达百公斤级。

目前生产高增强相含量的金属基基复合材料以SiC/Al复合材料为例的方法主要有粉末冶金法、喷雾沉积法、搅拌铸造法、压力熔渗法等、无压渗透法。

1粉末冶金法

粉末冶金法制备SiC/Al复合材料是先将SiC，铝粉和成形剂混合后压制成形，经过脱脂、烧结成成品。粉末冶金法的最大优点在于成分的自由度宽，这种方法可以很好地控制复合材料的成分,从理论上讲是可以任意的配比；由于成型温度低于基体合金的熔点，金属基体与增强体的界面反应少，减少了界面反应对材料性能的不利影响；对SiC/Al复合材料而言，不易出现偏聚或偏析现象，可以降低增强材料与基体相互润湿的要求。但国内外学者用粉末冶金法来制备SiC/A1复合材料的不多。其原因是烧结过程不易控制，造成材料中孔隙多，而且在后续处理过程也不易消除，工业化成本较高。另外，粉末冶金法对SiC的加入量也有一定的限制，一般不超过55％volSiC含量低的铝基复合材料难以满足电子封装的要求；同时粉末冶金法难以实现复杂部件的近净成形；但粉末冶金法生产SiC/A1复合材料的前景十分广阔，很值得探索。

2喷射沉积法

喷射沉积法是20世纪80年代由ospray公司开发的一种制备金属基复合材料的方法。此工艺是在坩埚底部开一个小孔，当熔融金属铝液流出后，将颗粒增强相加入液流中，然后用高速惰性气体将基体与颗粒混和物分散成细液滴使其雾化，颗粒及雾化流喷射到基底上共同沉积成金属复合材料。由于增强体粒子在气流推动下高速射人熔体，所以对界面的润湿性要求不高,还可以消除颗粒偏析等不良组织而且增强相与基体熔液接触时间短，因此二者之间的反应易于控制，且适用于多种增强相沉积的复合材料，相对密度达到95％-98％,需进行二次加工以实现完全致密化。由于喷粉和材料复合一步完成，工艺流程短，工序简单，效率高，有利于实现工业化生产。缺点是成本较高，沉积速度较慢。

3熔渗法

熔渗法是SiC/Al电子封装复合材料制备的一个主要工艺，根据熔渗过程中是否施压分为压力熔渗和无压熔渗。