[发明专利]一种电子封装用层状铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝基复合材料制备技术领域，特别涉及一种电子封装用层状铝基复合材料的制备方法。

背景技术

电子封装材料用于承载电子元器件及连接线路，具有良好的电绝缘性，对芯片具有机械支撑和环境保护作用，对器件和电路的热性能和可靠性起着重要作用。理想的电子封装材料必须具有低密度、高热导率、较低热膨胀系数、足够的强度和刚度，以及低成本等综合性能。

颗粒增强铝基复合材料是近年来发展起来的一种先进材料，该材料具有高比强度、高比刚度、低膨胀、高导热、抗疲劳、各向同性等优异的综合性能，且颗粒增强体成本低、制造工艺简单价廉。从上世纪80年代初开始，世界各国竞相对这类材料进行了许多基础性研究，取得了显著成绩。目前，在一些发达国家，颗粒增强铝基复合材料已经在电子封装领域获得了应用，比如美国的DWA复合材料公司用粉末冶金法制造出了50～55vol.％SiC/6061复合材料，密度为2.99g/cm³，导热系数达220W/(m·K)。美国铝业公司利用压力熔渗法制造出了55％～60％SiC/Al，可替代可伐(Kovar)和因瓦(1nvar)合金。英国Osprey公司利用喷射成形技术制备出Si质量分数为50％～70％的Si/Al复合材料，其热膨胀系数为(6～8)×10^-6K^-1，热导率大于100W/(m·K)，密度为2.4～2.5g/cm³。以上复合材料主要应用于卫星电子基片、散热基片、热沉、雷达T/R组件和微波管的载体等。电子封装用铝基复合材料要求增强体含量至少在50％以上，但这导致了材料的塑性和韧性明显低于铝基体，另外与其它零部件连接时，存在可焊性差等问题，所以需要研制出一种新的层状铝基复合材料来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种电子封装用层状铝基复合材料的制备方法。

一种电子封装用层状铝基复合材料的制备方法，复合材料中增强体含量为0wt.％～70wt.％，铝基体含量为30wt.％～100wt.％，该方法包括下述步骤：

(1)将不同质量比的增强体粉末与铝基体粉末分别加入到混料机中，加入钢球进行混合均匀，制成增强体含量不同的混合粉末；

(2)将增强体含量不同的混合粉末依次封装于圆柱形钢模具中，进行冷压成型；

(3)将封装于圆柱形钢模具中的坯锭在惰性气体气氛下，进行热压成型；

(4)将热压成型的圆柱形坯锭封装入金属包套中，进行高温真空除气处理；

(5)将经高温真空除气处理的坯锭进行热等静压致密化，成型为致密度为100％的复合材料坯锭；

(6)机加工去掉热等静压坯锭外面的金属包套，得到层状铝基复合材料。

所述增强体为SiC或Si，颗粒平均粒度d_0.5为3～10μm。

所述铝基体为纯铝或铝合金，以纯铝为最佳，颗粒平均粒度d_0.5为3～10μm。

所述层状铝基复合材料为三层，每层厚度为3～10mm，增强体含量由上至下逐层降低，上层增强体质量分数为50％～70％，中层增强体质量分数为上层的一半，下层增强体含量为0。

步骤(2)中，冷压成型的压力为10～50MPa，冷压致密度为50％～70％，每层被均匀压平密实，且每层之间不存在严重交叉。

步骤(3)中，热压成型的热压温度为350～500℃，压力为20～50MPa，热压致密度为70％～90％。

步骤(4)中，高温真空除气处理的除气温度为540～620℃，升温速度为20～50℃/h，真空度为5×10^-1Pa以下，除气时间不超过30h。

步骤(4)中，所述金属包套选用纯铝或20#钢，确保包套在热等静压高温致密化过程中可随复合材料坯锭均匀变形，包套厚度为1～4mm。

步骤(5)中，热等静压温度与高温真空除气温度保持一致，为540～620℃，压力为100～130MPa，保温保压2～5h。

本发明的有益效果为：(1)采用粉末冶金工艺，增强体颗粒的含量可以得到准确控制；(2)采用热压技术使得坯锭热压致密度为70％～90％，使用氩气等惰性气体保证粉末不会被氧化，在350～500℃高温下压制成型，可以让每层粉末的压制残余应力得到释放，不会出现层间裂纹；(3)采用热等静压技术，可以使材料致密度达到100％，获得高强高韧的层状复合材料。