[发明专利]封装用高硅铝合金结构梯度材料高通量制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，特别是涉及一种封装用高硅铝合金结构梯度材料高通量制备装置及方法。

背景技术

电子封装主要发挥密封、散热和屏蔽等作用，对器件的稳定性具有重要影响，同时还为精细电子线路提供机械支撑以及作为导电连接介质。现代战机和导弹的电子封装系统，芯片裸集成于封装盒底面，要求封装壳膨胀系数须与GaAs或Si芯片相匹配并有好的散热性能；另一方面，封装壳侧壁和上盖起支撑和保护作用，须具有良好的机械性能、气密性和可焊接性能。高硅铝合金因密度低、膨胀系数小、导热性能好且有一定的强度、好的可加工性，在电子封装领域具有广泛的应用前景。随着合金中硅含量升高，合金的热膨胀系数逐渐降低，但是其机械和焊接性能变差，严重影响了高硅铝合金在电子封装领域的应用。为此，本发明提出制备高硅铝合金梯度材料，来改善电子封装材料的低膨胀性与焊接、精加工之间的矛盾，其制备的梯度高硅合金，高硅端具有低的膨胀系数，满足电路和芯片集成要求；低硅端具有优良的焊接、精加工性能，满足封装盒侧壁钻孔、焊接、密封的需求。

作为先进的金属热成形方法，粉末烧结技术具有易于操作、灵活性高及适于制备大体积的梯度材料的特点，成为目前应用比较广泛的工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种封装用高硅铝合金结构梯度材料高通量制备装置及方法，其制备的合金致密度更高，组织更加细化，合金具有优异的综合性能。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种梯度高硅铝合金高通量制备装置，其包括：

高温上模，用于保持整个模具内部温度平衡和对高硅铝合金雾化粉末提供一定的热源；

外模摸具，用于放置制备的梯度高硅铝合金的雾化粉末中的两种或者三种，按照低成分合金粉在外模模具底端，高成分合金粉末在外模模具顶端的顺序依次加入；

感应线圈，作为可移动式感应加热元件，为整个制备过程提供热量；

梯度工件，用于制备梯度材料；

冷却水循环装置，当制备过程中的温度超过设定温度时，通过冷却水循环装置将多余的热量导出；

低温下模，与高温上模的温度形成对比，产生温度梯度；

热电偶，用于测试温度控制感应加热时间，从而形成温度梯度。

优选地，所述梯度工件位于高温上模和低温下模之间，外模模具位于高温上模的侧面、梯度工件的侧面、低温下模的侧面，热电偶位于外模模具上，感应线圈缠绕在外模模具上和梯度工件上，冷却水循环装置位于外模模具上。

本发明还提供一种封装用高硅铝合金结构梯度材料高通量制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，提供用于制备梯度高硅铝合金的雾化粉末，梯度高硅铝合金的雾化粉末的主要成分按质量百分比计为Al-50wt.%Si、Al-20wt.%Si、Al-12.6wt.%Si；

步骤二，选择上述制备的梯度高硅铝合金的雾化粉末两种或者三种，按照低成分合金粉在外模模具底端，高成分合金粉末在外模模具顶端的顺序依次加入，不同成分合金粉末体积百分比5:1；首先模具底层铺低硅含量的合金粉；模具上端铺高硅含量的合金粉；雾化粉末加入后施加10KN的压力；

步骤三，利用感应线圈对冷压后的粉末加热，根据加入合金粉末的成分调整加热温度，Al-50wt.%Si合金粉末的最高烧结温度为570℃，Al-20wt.%Si合金粉末的最高烧结温度为520℃，Al-12.6wt.%Si合金粉末的最高烧结温度为450℃，通过不同位置处热电偶测试温度控制感应加热时间，从而形成温度梯度， 达到设定温度后均匀化10min后升压至50KN，烧结；

步骤四，在温度梯度下烧结30min，然后控制整个样品低温30min-1h扩散，冷却，泄压。

优选地，所述步骤三中的温度梯度的控制主要是通过样品的传热及热流的导出实现，利用热电偶检测不同位置处温度，通过控制感应线圈的加热时间来形成温度梯度，梯度样件下端热量的导出主要靠冷却水循环装置。

优选地，所述封装用高硅铝合金结构梯度材料高通量制备方法的关键因素有以下四个因素：粉末的加入方式、温度梯度的控制、成分梯度的形成及烧结温度与时间控制。

优选地，所述封装用高硅铝合金结构梯度材料高通量制备方法适合具有不同烧结温度的梯度合金的制备。