一種快速注射成型制備硅鋁合金電子封裝材料的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及硅鋁合金電子封裝材料領域，具體涉及一種快速注射成型制備硅鋁合 金電子封裝材料的方法。
【背景技術】
[0002] 二十一世紀科學技術的發展，尤其突出的表現就是電子科學技術的發展。隨著電 子元器件朝著尺寸更小、質量更輕、運算速度更快的方向發展以及大規模集成電路技術的 快速發展，1C芯片的集成度和封裝密度成倍提高，對電子封裝材料也相應提出了更高的要 求。電子封裝直接影響集成線路和器件的電、熱、光和機械性能，且對系統的小型化起著關 鍵的作用，因此要求電子封裝材料具有低膨脹系數、低密度、高熱導率和機械性能，同時必 須具有良好的封裝工藝性能，以及高可靠性和低成本。由此傳統的電子封裝材料如氧化鋁 陶瓷、低膨脹合金如Kovar、氧化鈹陶瓷、氮化鋁和高熔點金屬W，Mo及其復合材料等都已不 適應現代先進的微波和混合電路技術的封裝要求，或在不同程度上都存在成本高、資源短 缺、毒性大、加工性不好等缺點。
[0003] 硅鋁合金作為一種新型封裝材料，具有低熱膨脹系數、高的熱導率、比重低，沒有 毒性，較低的材料成本，并且易于加工，可以電鍍，同時能夠滿足航空航天設備和移動、計算 通訊設備輕量化的要求，可以廣泛地用于大規模集成電路的封裝或作為其他微電子線路和 微波線路的封裝材料。
[0004] 目前硅鋁合金電子封裝材料的常規的制備方法有熔煉鑄造法、熔滲法、粉末冶金 法、噴射成形法和快速熱壓法等，但這些方法在不同程度上都具有設備成本高、工藝時間 長、成形困難、工藝不易控制而難以工業化生產等不足，而且有些方法中還存在預制件不 能完全浸透、微觀組織不均勻、界面發生化學反應和制得的材料結構單一等缺陷。在專利 CN102094142A中公開了通過快速熱壓制備高硅鋁合金電子封裝材料的方法，該方法是在 惰性氣體保護的條件下，將粉末裝入模具中，在加壓的同時加熱，經過熱壓變形成制品，存 在設備要求高，成本高，且制品為結構單一的塊狀、棒狀或板狀，此方法不能用于制備結構 精密和復雜的制品；在專利CN1531072A中報道了低密度低膨脹系數高熱導率硅鋁合金封 裝材料及制備方法，其結合了噴射沉積致密工藝和熱等靜壓工藝或傳統的熱壓工藝，其工 藝存在設備成本高、工藝時間長、成分控制困難而難以工業化生產，且粉末原料要求高等不 足；在專利CN1345983A中公開了一種噴射沉積高硅鋁合金的方法，其通過噴射沉積技術， 并加入Fe、Mn元素得到相對穩定的高硅鋁合金，此方法存在工藝參數復雜，成本較高，制備 的半成品孔隙率較大，需要進行二次加工等缺點。所以，尋求一種新工藝和設備要求簡單、 生產效率高、成本低并且所得制品具有高致密、高性能并能批量化生產等優點的制備方法， 以實現硅鋁合金電子封裝材料產業化應用是極其關鍵的。

【發明內容】

[0005] 為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的皆在提供一種快速注射成型制備硅 鋁合金電子封裝材料的方法，按重量百分比計，硅鋁合金成分Si為10 %?60 %，A1為余量， 按合金成分配料，將配好的硅鋁合金粉與粘結劑按一定配比在密煉機中混煉得到均勻的喂 料，用快速注射成型技術，得到合金成分均勻、顯微組織均勻和致密，低熱膨脹系數、高熱導 率、結構復雜多樣的硅鋁合金電子封裝材料，而且熱膨脹系數和熱導率在一定范圍內都可 調，這可根據封裝匹配材料的不同來精確設計所需的合金配方，使兩者的熱膨脹系數完全 匹配，以達到零應力封裝的目標和調節熱導率以滿足1C芯片高強度散熱的需要。同時，這 種制備方法工藝簡單、生產效率高、成本低、可控性和重復性好、能批量化生產和避免了車 銑刨磨等繁瑣的機械加工工序。
[0006] 為了解決以上技術問題，本發明的一種快速注射成型制備硅鋁合金電子封裝材料 的方法，所述制備方法為采用快速注射成型法；優選工藝為：將重量比為10%?60%的Si 和40%?90%的A1制成硅鋁合金粉；將硅鋁合金粉與一定量的粘結劑在密煉機上100? 230°C溫度下混煉0. 5?4h后得到混合均勻的喂料；喂料經過粉碎后在注射機于90? 220°C溫度，60?llOMPa壓力，經過2?25s時間快速注射成型，得到相應結構的坯體；將 坯體進行脫除粘結劑后，在500?650°C溫度，升溫速率為120?300°C/h，真空條件下進行 燒結，保溫時間為1?5h，得到相對密度為97%?99%。
[0007] 本發明還提供了一種上述方法制備得到的硅鋁合金電子封裝復合材料，所述復合 材料由硅粉和鋁粉以及適量的粘結劑均勻混合制得的硅鋁合金復合材料喂料，經過快速注 射成型工藝及熱處理燒結而成，其熱膨脹系數為6?12X1(T6/K，熱導率為110?150W/mK， 抗拉強度為120?165MPa，彈性模量為70?112GPa，其可用于航空航天、電子、計算機、通 信等領域的微電子線路和微波線路的封裝材料以及大規模集成電路的電子封裝。
[0008] 優選，所述的娃錯合金粉的粒徑為5?50ym。所述娃錯合金電子封裝材料的熱 膨脹系數為6?12X10-6/K，熱傳導率為110?150W/mK，抗拉強度為120?165MPa，彈性 模量為70?112GPa;所述硅鋁合金電子封裝材料的熱膨脹系數為8X1(T6/K，熱傳導率為 120W/mK，抗拉強度為150MPa，彈性模量為80GPa;更優選所述硅鋁合金電子封裝材料的熱 膨脹系數為10X1(T6/K，熱傳導率為140W/mK，抗拉強度為155MPa，彈性模量為lOOGPa。
[0009] 本發明還提供上述材料的具體應用，用于航空航天、電子、計算機或通信領域的微 電子線路和微波線路的封裝。還可用于集成電路的電子封裝。
[0010] 本發明與現有技術相比，具有以下優點或特色：
[0011] (1)材料低熱膨脹系數（6?12X1(T7k)、高熱導率（110?150W/mK)且在這范圍 內是可調的，這可根據封裝匹配材料的不同來精確設計所需的合金配方，使兩者的熱膨脹 系數完全匹配，以達到零應力封裝的目標和調節熱導率以滿足1C芯片高強度散熱的需要。
[0012] (2)合金比重低（1.7?2. 6g/cm3)、強度高、比剛度大，在滿足散熱功能的前提下， 可達到體積小、重量輕的效果，能夠滿足航空航天設備和移動、計算通訊設備輕量化的要求 和適應現代電子產品的發展方向，而且也適用于航空電子及空間飛行器等現代航空航天工 業的迫切需要。
[0013] (3)本發明方法可制得結構復雜多樣的近凈成型的電子封裝復合材料且避免了車 銑刨磨等繁瑣的機械加工工序，材料可用于航空航天、電子、計算機、通信等領域的微電子 線路和微波線路的封裝材料以及大規模集成電路的電子封裝。
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