一種電子封裝用層狀鋁基復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁基復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電子封裝用層狀鋁基復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子封裝材料用于承載電子元器件及連接線路，具有良好的電絕緣性，對(duì)芯片具有機(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)作用，對(duì)器件和電路的熱性能和可靠性起著重要作用。理想的電子封裝材料必須具有低密度、高熱導(dǎo)率、較低熱膨脹系數(shù)、足夠的強(qiáng)度和剛度，以及低成本等g&f生會(huì)bo
[0003]顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)材料，該材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度、低膨脹、高導(dǎo)熱、抗疲勞、各向同性等優(yōu)異的綜合性能，且顆粒增強(qiáng)體成本低、制造工藝簡(jiǎn)單價(jià)廉。從上世紀(jì)80年代初開(kāi)始，世界各國(guó)競(jìng)相對(duì)這類材料進(jìn)行了許多基礎(chǔ)性研究，取得了顯著成績(jī)。目前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料已經(jīng)在電子封裝領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，比如美國(guó)的DWA復(fù)合材料公司用粉末冶金法制造出了 50?55vo 1.% SiC/6061復(fù)合材料，密度為2.99g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)220W/(m.K)。美國(guó)鋁業(yè)公司利用壓力熔滲法制造出了55%?60%SiC/Al，可替代可伐(Kovar)和因瓦(Invar)合金。英國(guó)Osprey公司利用噴射成形技術(shù)制備出Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%?70%的Si/Al復(fù)合材料，其熱膨脹系數(shù)為(6?8)X10—6K—S熱導(dǎo)率大于100W/(m.K)，密度為2.4?2.5g/cm3。以上復(fù)合材料主要應(yīng)用于衛(wèi)星電子基片、散熱基片、熱沉、雷達(dá)T/R組件和微波管的載體等。電子封裝用鋁基復(fù)合材料要求增強(qiáng)體含量至少在50%以上，但這導(dǎo)致了材料的塑性和韌性明顯低于鋁基體，另外與其它零部件連接時(shí)，存在可焊性差等問(wèn)題，所以需要研制出一種新的層狀鋁基復(fù)合材料來(lái)解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種電子封裝用層狀鋁基復(fù)合材料的制備方法。
[0005]—種電子封裝用層狀鋁基復(fù)合材料的制備方法，復(fù)合材料中增強(qiáng)體含量為Owt.%?70wt.%，招基體含量為30wt.%?100wt.%，該方法包括下述步驟:
[0006](1)將不同質(zhì)量比的增強(qiáng)體粉末與鋁基體粉末分別加入到混料機(jī)中，加入鋼球進(jìn)行混合均勻，制成增強(qiáng)體含量不同的混合粉末；
[0007](2)將增強(qiáng)體含量不同的混合粉末依次封裝于圓柱形鋼模具中，進(jìn)行冷壓成型；
[0008](3)將封裝于圓柱形鋼模具中的坯錠在惰性氣體氣氛下，進(jìn)行熱壓成型；
[0009](4)將熱壓成型的圓柱形坯錠封裝入金屬包套中，進(jìn)行高溫真空除氣處理；
[0010](5)將經(jīng)高溫真空除氣處理的坯錠進(jìn)行熱等靜壓致密化，成型為致密度為100%的復(fù)合材料坯錠；
[0011](6)機(jī)加工去掉熱等靜壓坯錠外面的金屬包套，得到層狀鋁基復(fù)合材料。
[0012]所述增強(qiáng)體為SiC或Si，顆粒平均粒度d0.5為3?ΙΟμπι。
[0013]所述鋁基體為純鋁或鋁合金，以純鋁為最佳，顆粒平均粒度d0.5為3?ΙΟμπι。
[0014]所述層狀鋁基復(fù)合材料為三層，每層厚度為3?10mm，增強(qiáng)體含量由上至下逐層降低，上層增強(qiáng)體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%?70%，中層增強(qiáng)體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為上層的一半，下層增強(qiáng)體含量為0。
[0015]步驟(2)中，冷壓成型的壓力為10?50MPa，冷壓致密度為50%?70%，每層被均勻壓平密實(shí)，且每層之間不存在嚴(yán)重交叉。
[0016]步驟(3)中，熱壓成型的熱壓溫度為350?500°C，壓力為20?50MPa，熱壓致密度為70%?90%。
[0017]步驟(4)中，高溫真空除氣處理的除氣溫度為540?620°C，升溫速度為20?50°C/h，真空度為5\10—%以下，除氣時(shí)間不超過(guò)3011。
[0018]步驟(4)中，所述金屬包套選用純鋁或20#鋼，確保包套在熱等靜壓高溫致密化過(guò)程中可隨復(fù)合材料坯錠均勻變形，包套厚度為1?4mm。
[0019]步驟(5)中，熱等靜壓溫度與高溫真空除氣溫度保持一致，為540?620°C，壓力為100?130MPa，保溫保壓2?5h。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:(1)采用粉末冶金工藝，增強(qiáng)體顆粒的含量可以得到準(zhǔn)確控制；(2)采用熱壓技術(shù)使得坯錠熱壓致密度為70%?90%，使用氬氣等惰性氣體保證粉末不會(huì)被氧化，在350?500°C高溫下壓制成型，可以讓每層粉末的壓制殘余應(yīng)力得到釋放，不會(huì)出現(xiàn)層間裂紋；(3)采用熱等靜壓技術(shù)，可以使材料致密度達(dá)到100%，獲得高強(qiáng)高韌的層狀復(fù)合材料。
[0021]由于本發(fā)明的層狀鋁基復(fù)合材料的制備方法采用三步逐漸致密化工序，即冷壓、熱壓和熱等靜壓，使復(fù)合材料最終致密化，層與層之間的結(jié)合非常完好，層間不存在明顯的性能突變或組織交叉，能夠很好的避免層裂現(xiàn)象。本發(fā)明的制備方法成本低、工藝穩(wěn)定且簡(jiǎn)單，制備的電子封裝用層狀鋁基復(fù)合材料具有高強(qiáng)高韌、焊接性能好的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為實(shí)施例1中硅顆粒增強(qiáng)層狀鋁基復(fù)合材料的界面微觀組織;a為50%Si/Al層和25%Si/Al層的界面微觀組織，b為25%Si/Al層和A1層的界面微觀組織。
[0023]圖2為本發(fā)明一種電子封裝用層狀鋁基復(fù)合材料的制備工藝流程。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例按照?qǐng)D2所示層狀鋁基復(fù)合材料的制備工藝流程進(jìn)行;所制備的硅顆粒增強(qiáng)層狀鋁基復(fù)合材料，是由50 % Si/Al層、25 % Si/Al層和A1層復(fù)合而成，其制備方法采用如下技術(shù)方案:(1)將硅粉末與鋁粉末按照一定比例均勻混合，硅粉末和鋁粉末的平均粒度(10.5均為5.54111;50%5;[/^1層，粉末按照質(zhì)量比11^:111\1 = 1:1混合，25% Si/Al層，粉末按照質(zhì)量比ms1:mAi = 1: 3混合；(2)將混合粉末封裝于圓柱形鋼模具中進(jìn)行冷壓成型，壓力lOMPa，每層厚度約3mm，50%Si/Al層在上部，20%Si/Al層在中部，A1層在下部；(3)將冷壓成型的坯錠進(jìn)行熱壓成型，氬氣氣