[发明专利]一种高硅铝合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种高硅铝合金的制备方法，将硅粉、铝粉或铝硅合金粉，按硅重量含量不低于30%的计量比混合均匀后装入密封的石墨或合金模具中，施以5~10MPa以上的轴向压力预压紧；然后将装置放进底部带水冷装置的真空热压炉中升温至580~900℃，炉内真空度保持在10~100Pa；待模具内外温度均匀后施加不大于10 MPa的轴向压力并保压10~30分钟，然后以1~10℃/分钟的速度降温；在降温过程中水冷装置持续通水从底部加快冷却模具；待炉温降至可操作温度即可得到高致密度、组织均匀、硅粒子尺寸在100微米以下、性能优良的高硅铝块体合金。

技术领域

本发明涉及铝合金领域，确切地说是一种高硅铝合金的制备方法。

背景技术

随着微电子技术的核心集成电路技术的迅猛发展，集成度迅猛增加，通过的电流越来越大，导致芯片发热迅速上升，严重影响芯片工作的可靠性及使用寿命。高硅铝合金作为一种新型的轻质电子封装材料，不仅具有质量轻、热传导性优良、热膨胀系数低，能很好地适应芯片的热管理要求。与铝碳化硅等其它同类材料相比，高硅铝合金具有更佳的可焊性和易加工形，具有广阔的应用前景。

目前制备高硅铝合金的制备方法主要是喷射沉积+热等静压、压力熔渗、粉末冶金液相/热压烧结法、粉末预成形坯固相热挤压等。喷射沉积+热等静压是国内外获得高致密度高硅铝合金的主要方法，该方法能获得晶粒细小、均匀，且硅颗粒无尖锐棱角的理想显微结构，但喷射沉积工艺参数难以控制。粉末预成形坯固相热挤压也能获得晶粒细小、均匀，且硅颗粒无尖锐棱角的理想显微结构。上述两种技术方案在致密化的过程中都需要单位平方厘米数吨的压力，对加压装备和配套模具提出了极高的要求，同时都面临硅含量及材料尺寸增大带来的的热致密化越发困难的瓶颈。与铝碳化硅封装材料相比，高硅铝合金最明显不足是强度低，而且脆性更大，这就导致该材料在硅含量达到70%左右及更高时机械加工易蹦边掉角，导致废品率高。采用压力熔渗和粉末冶金法制备高硅铝合金时一般采用粗、细硅颗粒搭配来提高硅的堆积密度，制备出的高硅铝合金内部的粗硅颗粒都具有较尖锐的棱角，可加工性明显低于喷射沉积工艺所获得的高硅铝合金。

发明内容

本发明的目的在于针对上述工艺各自的优缺点，提出一种糅合压力浸渗和粉末冶金两种工艺的优点，在真空条件下液-固（液态铝硅合金液滴-固态硅粉混合体）双相等温热挤压方案。与喷射沉积+热等静压和粉末预成形坯固相热挤压技术相比，本发明提供的技术方法所热致密化压力仅为其1/100～1/10，而且工艺流程短，制造成本更低。

为实现本发明所述的目的，采取如下技术方案：

一种高硅铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将硅粉和铝粉、或铝硅合金粉，按硅重量含量不低于30%的计量比混合均匀后装入密封的石墨或合金模具中，施以5～10MPa的轴向压力预压紧；

（2）然后将装置放进底部带水冷装置的真空热压炉中升温至580～900℃，炉内真空度保持在10～100Pa；待模具内外温度均匀后施加不大于10 MPa的轴向压力并保压10～30分钟，然后以1～10℃/分钟的速度降温；

（3）在降温过程中水冷装置持续通水从底部加快冷却模具；

（4）待炉温降至可操作温度即可得到高致密度、组织均匀、硅粒子尺寸在100微米以下、性能优良的高硅铝块体合金。

所述的一种高硅铝合金的制备方法，其特征在于，按以下步骤操作：

步骤一、粉末的准备。按硅含量30～70%的配比称取硅粉和铝粉、或者铝硅合金粉，进行混料；

步骤二、模具的准备。在阴模内壁及上、下模冲施压端面喷涂或涂敷含氮化硼的阻隔剂；

步骤三、粉体装模。将阴模立式放置后装入下模冲，然后放置柔性石墨纸压实，再将混匀的粉末阴模模腔；接着放入柔性石墨纸，并将上模冲从上端压入阴模内，最后沿轴向方向压紧上、下模冲；