[发明专利]一种电子封装用硅铝合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子封装用硅铝合金的制备方法，具体是指一种电子封装用高致密度、高热导率、低热膨胀系数的硅铝合金材料的制备方法，属于封装材料技术领域。

背景技术

随着航空航天微电子器件、半导体集成电路向大功率、小型化、轻量化、低成本、高性能和高可靠性的方向发展，集成电路的集成度迅猛增加，导致芯片发热量急剧上升，芯片寿命下降。据报道，温度每升高10℃，半导体芯片因寿命的缩短而产生的失效就为原来的三倍。这是由于在微电子集成电路以及大功率整流器件中，材料之间散热性能不佳而导致的热疲劳以及热膨胀系数不匹配而产生的热应力所引起的。解决该问题的重要手段就是使用新的性能更好的封装材料。

目前电子封装用硅铝合金主要采用熔铸法、喷射沉积法和热压烧结法制备。传统的熔铸法制备的硅铝合金由于硅含量较高，初晶硅相生长为粗大的针状或板条状，且出现严重的偏析现象，造成力学性能及物理性能恶化，限制了材料的实际应用。喷射沉积法首先喷射沉积得到坯锭然后通过热等静压或热挤压实现完全致密化。喷射沉积法虽然可获得组织成分均匀、晶粒细小、性能优良的硅铝合金材料，但是存在工艺复杂、致密化成本高等问题。热压烧结法制备的硅铝合金存在硅含量不高(一般小于50％)、气密性差、规模化生产成本高等问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种电子封装用硅铝合金的制备方法，该方法制备的用于电子封装的硅铝合金致密度高、热导率高、热膨胀系数低，且该方法可规模化生产。

本发明的技术解决方案是：

一种电子封装用硅铝合金的制备方法，步骤为：

(1)对硅粉和铝粉的混合粉末进行预处理；

(2)将步骤(1)中经过预处理后的混合粉末装入包套中；

(3)将步骤(2)装有混合粉末的包套进行真空热除气；

(4)将步骤(3)真空热除气后的包套进行热等静压致密化处理，得到压制成形产品；

(5)将步骤(4)压制成形产品进行机械加工制成成品。

所述的步骤(1)中，预处理过程为：将硅粉和铝粉按照比例进行混合球磨，具体工艺为球磨时间4～12h，球磨转速100～200r/min，球料比为5:1～15:1。

所述的步骤(1)中，所述的硅粉的粒度为-325目，Al粉粒度-400目。

所述的步骤(1)中，混合粉末中硅粉的质量含量为10％-95％。

所述的步骤(2)中，所述的包套的材料为纯铝或20#碳钢。

当混合粉末中硅粉的质量含量小于等于50％时，包套选用纯铝包套。

当混合粉末中硅粉的质量含量大于50％时，包套选用20#碳钢包套。

所述的步骤(2)中，所述的包套硅的结构采用折弯两拼结构，该结构为一带有两个凸面的六面体，六面体的四个侧面由两个成“Z”字形且一体成型的板材拼接而成，两个“Z”字形板材分别记为A板材和B板材；

A板材包括一个长的横面、一个短的横面和一个竖面，所述的长的横面与竖面垂直，所述的短的横面与竖面垂直；

B板材包括一个长的横面、一个短的横面和一个竖面，所述的长的横面与竖面垂直，所述的短的横面与竖面垂直，

A板材的长的横面构成六面体的一个侧面a，B板材的长的横面构成六面体的一个侧面b，A板材的竖面为六面体的一个侧面c，B板材的竖面为六面体的一个侧面d，A板材的长的横面与B板材短的横面形成六面体的一个凸面m，A板材的短的横面与B板材长的横面形成六面体的另一个凸面n；六面体的上表面由上端盖组成，六面体的下表面由下端盖组成；A板材的长的横面与B板材短的横面进行焊接连接，A板材的短的横面与B板材长的横面进行焊接连接，上表面以及下表面与侧面通过焊接连接。

所述折弯两拼结构包套的制备方法为：首先将所述包套材质的板料折弯两次制成包套主体，然后将两个包套主体进行拼接，将拼接后的包套主体沿短的折弯处焊接形成一个方形整体结构，最后将上端盖和下端盖与包套主体形成的方形整体结构焊接在一起制成所述包套。

所述的步骤(3)中，所述的真空热除气的工艺为最终除气温度300～600℃，最终真空度大于1×10^-3Pa，在此基础上保温30～300min。

所述的步骤(4)中，所述的热等静压致密化处理工艺为压制温度400～1100℃，压制压力80～150MPa，保温时间1～5h。

有益效果