本发明属于电子封装材料技术领域，具体涉及一种基于al-w-si的抗辐射电子封装材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着科技的飞速发展，电子元件自问世以来，由于低功耗、高速率和易集成等优点，在多种领域有广泛的应用，但是在一些强辐射环境中运行的电子元件，会受到硬x射线的辐射损伤，导致电子元件的可靠性和寿命显著降低，采取优化的屏蔽防护来减小强辐射环境下，硬x射线造成的电子系统损伤显得十分必要。目前屏蔽防护的方法是对已封装的电子元件外加一层抗辐射屏蔽材料封装的方法，试图通过屏蔽材料对空间高能电子的阻挡，降低高能电子对微电子器件的影响，提高器件抗电子辐射水平。
当前，主要的金属基电子封装材料有al-si、al-sic、cu-金刚石、w-cu、mo-cu、可伐合金等几种材料体系。上述材料体系中，al-si、al-sic体系封装材料比重小，具有良好的热导率和较低的热膨胀系数，受到广泛关注并得到试剂应用，但是该材料对硬x射线的防护性能较差，无法满足电子元件对抗辐射加固性能的要求。而w-cu、mo-cu等体系封装材料除具有传统封装材料的优良性能外，也具有一定硬x射线屏蔽性能，但由于比重大、成本高、加工困难等因素限制其发展应用。此外，一些高分子材料可以用于抗辐射电子封装材料。中国专利cn101693760b公开的聚丙烯酸铅基环氧树脂辐射防护复合材料及制备方法，将丙烯酸铅与硅烷偶联剂搅拌，加入e型环氧树脂，经γ辐射形成半透明凝胶，再与固化剂混合后，浇筑固化形成聚丙烯酸铅基环氧树脂辐射防护复合材料，该复合材料质轻、均匀、力学性能和防护效果好，可用于电子元件封装材料，但是在硬x射线下的长期使用的稳定性和可靠性有待提高。
本发明将al-w-si三元复合材料运用于电子元件封装领域，利用钨材料的耐高温、抗辐射能力强、高热导率，实现了传统封装材料的高导热、低碰撞系数与抗辐射加固性能的有效集成，满足某些特殊应用环境下对器件小型化、轻量化、抗辐射等多功能集成的要求。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种基于al-w-si的抗辐射电子封装材料及其制备方法，该电子封装材料包括al-w-si三元复合材料和含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层，将部分al-w-si三元复合材料粉末经过预压，真空除气、真空热压使之致密化形成al-w-si三元复合材料；再将部分将al-w-si三元复合材料粉末与聚氨酯改性环氧树脂混合，涂覆到al-w-si三元复合材料表面形成涂层，得到基于al-w-si的抗辐射电子封装材料。本发明制备的电子封装材料具有低质、高导热、低碰撞系数和抗辐射加固性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于al-w-si的抗辐射电子封装材料，所述基于al-w-si的抗辐射电子封装材料包括al-w-si三元复合材料和含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层，所述al-w-si三元复合材料中w的质量分数为20-40％，si的质量分数为10-60％，其余为al，所述高分子涂层为聚氨酯改性环氧树脂。
作为上述技术方案的优选，所述al-w-si三元复合材料的密度为2.9-4.01g/cm3，热导率为130-200w/(m·k)，热膨胀系数为8-19×10-6/k。
作为上述技术方案的优选，所述2mm后的al-w-si三元复合材料对40kev能量x射线的屏蔽效能超过75％，对60kev能量x射线的屏蔽效能超过40％。
本发明还提供一种基于al-w-si的抗辐射电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铝硅合金在高纯氩气气体氛围下，利用气雾化设备制备得到铝硅合金雾化粉末，然后在高纯惰性气体保护下，将w粉末与铝硅合金雾化粉末在搅拌式、行星式高能球磨机中进行高能球磨，得到al-w-si三元复合材料粉末；
(2)将步骤(1)制备的al-w-si三元复合材料粉末装入钢制包套内，使用双向压机经过预压，真空除气、真空热压过程将复合材料粉末致密化，经机加工，形成al-w-si三元复合材料；
(3)将聚氨酯改性环氧树脂加入活性稀释剂，缓慢搅拌至稀释剂混合均匀，加热至80℃，加入步骤(1)制备的al-w-si三元复合材料粉末，充分搅拌，保温脱气，降温至40-50℃后，加入固化剂混合均匀，再在80℃真空状态下脱气2h，形成复合高分子聚合物，用喷涂枪喷到步骤(2)制备的al-w-si三元复合材料上，在室温下固化，得到基于al-w-si的抗辐射电子封装材料。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，高能球磨的转速为50-80r/min，时间为24-48h，球料比为10-20:1，所述al-w-si三元复合材料粉末的粒径为16-30nm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，所述al-w-si三元复合材料中w的质量分数为20-40％，si的质量分数为10-60％，其余为al。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，预压压力为20-40mpa，保压时间为1-2h，真空除气为常温下抽真空至3-5×10-2pa，真空热压为升温同时抽真空，升温速率≤40℃/h，保温结束后，真空度≤1×10-2pa，在550-650℃保温4-6h，真空度≤8×10-3pa时，开始压制，压制压力为100-150mpa，单次压下量为3-5mm，每次保压时间为10-30min，到达最大压下量时，保压时间1-5h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，al-w-si三元复合材料致密度不低于98％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，所述活性稀释剂为丁二醇双环氧稀释剂，所述活性稀释剂的用量占聚氨酯改性环氧树脂重量5-10％，所述固化剂为聚酰胺固化剂，所述固化剂的用量占聚氨酯改性环氧树脂重量10-30％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，所述基于al-w-si的抗辐射电子封装材料表面含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层的厚度为1-2mm，含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层中al-w-si三元复合材料粉末的质量百分比为10-40％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料包括al-w-si三元复合材料和含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层，主要材料为al-w-si三元复合材料，其中al-w-si三元复合材料中w的质量分数为20-40％，si的质量分数为10-60％，其余为al，w元素具有很好的耐高温、抗辐射能力强和高热导率，将w元素与铝硅复合，在低密度、高热导率、低膨胀系数和良好的力学强度的基础上赋予耐高温、抗辐射性能，提高电子封装材料的抵抗硬x射线的能力，扩大电子封装材料的应用领域。
(2)本发明制备的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料还包括聚氨酯改性环氧树脂涂层，使电子封装材料的表面具有高韧性、高弹性、良好的绝缘性，并且将纳米级的al-w-si三元复合材料粉末添加到涂层中，进一步提高涂层的抗辐射性能。
(3)本发明制备的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料还包括聚氨酯改性环氧树脂涂层实现了传统电子封装材料和抗辐射加固材料性能的有效集成，使电子封装材料具有低比重、高热导率、低膨胀系数、抗辐射加固的性能，满足了强辐射环境下对电子封装材料的要求，有利于强辐射环境下器件的小型化、轻量化和多功能发展。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将铝硅合金在高纯氩气气体氛围下，利用气雾化设备制备得到铝硅合金雾化粉末，然后在高纯惰性气体保护下，按照球料比为10:1，将w粉末与铝硅合金雾化粉末在搅拌式、行星式高能球磨机中以50r/min的转速高能球磨24h，得到al-w-si三元复合材料粉末，其中al-w-si三元复合材料中w的质量分数为20％，si的质量分数为60％，其余为al。
(2)将al-w-si三元复合材料粉末装入钢制包套内，抽真空之前，进行预压制，压力为20mpa，保压时间为1h。粉末装填完毕之后，常温下抽真空至3×10-2pa后进行升温，同时抽真空，升温速率为40℃/h，在80、150、400和500℃分别保温4h，每个温度段保温结束后，真空均≤1×10-2pa。在550℃保温6h，真空5×10-3pa时，开始压制，压制压力为100mpa，单次压下量控制在3mm，每次保压时间10min，到达最大压下量时，保压时间1h。把真空热压后的含钢模具坯锭车去钢模具后，经过机加工工序加工，形成致密度不低于98％的al-w-si三元复合材料。
(3)将聚氨酯改性环氧树脂加入占聚氨酯改性环氧树脂重量5％的丁二醇双环氧稀释剂，缓慢搅拌至稀释剂混合均匀，加热至80℃，加入al-w-si三元复合材料粉末，充分搅拌，保温脱气，降温至40℃后，加入占聚氨酯改性环氧树脂重量10％聚酰胺固化剂，混合均匀，再在80℃真空状态下脱气2h，形成复合高分子聚合物，用喷涂枪喷到al-w-si三元复合材料上，在室温下固化，得到表面涂层厚度为1mm的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料，其中含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层中al-w-si三元复合材料粉末的质量百分比为10％。
实施例2：
(1)将铝硅合金在高纯氩气气体氛围下，利用气雾化设备制备得到铝硅合金雾化粉末，然后在高纯惰性气体保护下，按照球料比为20:1，将w粉末与铝硅合金雾化粉末在搅拌式、行星式高能球磨机中以80r/min的转速高能球磨48h，得到al-w-si三元复合材料粉末，其中al-w-si三元复合材料中w的质量分数为40％，si的质量分数为40％，其余为al。
(2)将al-w-si三元复合材料粉末装入钢制包套内，抽真空之前，进行预压制，压力为40mpa，保压时间为2h。粉末装填完毕之后，常温下抽真空至5×10-2pa后进行升温，同时抽真空，升温速率为40℃/h，在80、150、400和500℃分别保温4h，每个温度段保温结束后，真空均≤1×10-2pa。在650℃保温4h，真空5×10-3pa时，开始压制，压制压力为150mpa，单次压下量控制在5mm，每次保压时间30min，到达最大压下量时，保压时间5h。把真空热压后的含钢模具坯锭车去钢模具后，经过机加工工序加工，形成致密度不低于98％的al-w-si三元复合材料。
(3)将聚氨酯改性环氧树脂加入占聚氨酯改性环氧树脂重量10％的丁二醇双环氧稀释剂，缓慢搅拌至稀释剂混合均匀，加热至80℃，加入al-w-si三元复合材料粉末，充分搅拌，保温脱气，降温至50℃后，加入占聚氨酯改性环氧树脂重量30％聚酰胺固化剂，混合均匀，再在80℃真空状态下脱气2h，形成复合高分子聚合物，用喷涂枪喷到al-w-si三元复合材料上，在室温下固化，得到表面涂层厚度为2mm的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料，其中含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层中al-w-si三元复合材料粉末的质量百分比为40％。
实施例3：
(1)将铝硅合金在高纯氩气气体氛围下，利用气雾化设备制备得到铝硅合金雾化粉末，然后在高纯惰性气体保护下，按照球料比为15:1，将w粉末与铝硅合金雾化粉末在搅拌式、行星式高能球磨机中以60r/min的转速高能球磨36h，得到al-w-si三元复合材料粉末，其中al-w-si三元复合材料中w的质量分数为20％，si的质量分数为50％，其余为al。
(2)将al-w-si三元复合材料粉末装入钢制包套内，抽真空之前，进行预压制，压力为30mpa，保压时间为1.5h。粉末装填完毕之后，常温下抽真空至3.5×10-2pa后进行升温，同时抽真空，升温速率为40℃/h，在80、150、400和500℃分别保温4h，每个温度段保温结束后，真空均≤1×10-2pa。在600℃保温5h，真空5×10-3pa时，开始压制，压制压力为120mpa，单次压下量控制在4mm，每次保压时间15min，到达最大压下量时，保压时间2.5h。把真空热压后的含钢模具坯锭车去钢模具后，经过机加工工序加工，形成致密度不低于98％的al-w-si三元复合材料。
(3)将聚氨酯改性环氧树脂加入占聚氨酯改性环氧树脂重量8％的丁二醇双环氧稀释剂，缓慢搅拌至稀释剂混合均匀，加热至80℃，加入al-w-si三元复合材料粉末，充分搅拌，保温脱气，降温至45℃后，加入占聚氨酯改性环氧树脂重量16％聚酰胺固化剂，混合均匀，再在80℃真空状态下脱气2h，形成复合高分子聚合物，用喷涂枪喷到al-w-si三元复合材料上，在室温下固化，得到表面涂层厚度为1.3mm的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料，其中含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层中al-w-si三元复合材料粉末的质量百分比为20％。
实施例4：
(1)将铝硅合金在高纯氩气气体氛围下，利用气雾化设备制备得到铝硅合金雾化粉末，然后在高纯惰性气体保护下，按照球料比为20:1，将w粉末与铝硅合金雾化粉末在搅拌式、行星式高能球磨机中以50r/min的转速高能球磨48h，得到al-w-si三元复合材料粉末，其中al-w-si三元复合材料中w的质量分数为40％，si的质量分数为30％，其余为al。
(2)将al-w-si三元复合材料粉末装入钢制包套内，抽真空之前，进行预压制，压力为25mpa，保压时间为2h。粉末装填完毕之后，常温下抽真空至4×10-2pa后进行升温，同时抽真空，升温速率为40℃/h，在80、150、400和500℃分别保温4h，每个温度段保温结束后，真空均≤1×10-2pa。在600℃保温4.5h，真空5×10-3pa时，开始压制，压制压力为120mpa，单次压下量控制在3.5mm，每次保压时间15min，到达最大压下量时，保压时间2h。把真空热压后的含钢模具坯锭车去钢模具后，经过机加工工序加工，形成致密度不低于98％的al-w-si三元复合材料。
(3)将聚氨酯改性环氧树脂加入占聚氨酯改性环氧树脂重量8％的丁二醇双环氧稀释剂，缓慢搅拌至稀释剂混合均匀，加热至80℃，加入al-w-si三元复合材料粉末，充分搅拌，保温脱气，降温至45℃后，加入占聚氨酯改性环氧树脂重量20％聚酰胺固化剂，混合均匀，再在80℃真空状态下脱气2h，形成复合高分子聚合物，用喷涂枪喷到al-w-si三元复合材料上，在室温下固化，得到表面涂层厚度为1.5mm的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料，其中含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层中al-w-si三元复合材料粉末的质量百分比为25％。
实施例5：
(1)将铝硅合金在高纯氩气气体氛围下，利用气雾化设备制备得到铝硅合金雾化粉末，然后在高纯惰性气体保护下，按照球料比为15:1，将w粉末与铝硅合金雾化粉末在搅拌式、行星式高能球磨机中以80r/min的转速高能球磨24h，得到al-w-si三元复合材料粉末，其中al-w-si三元复合材料中w的质量分数为20％，si的质量分数为40％，其余为al。
(2)将al-w-si三元复合材料粉末装入钢制包套内，抽真空之前，进行预压制，压力为40mpa，保压时间为1h。粉末装填完毕之后，常温下抽真空至5×10-2pa后进行升温，同时抽真空，升温速率为40℃/h，在80、150、400和500℃分别保温4h，每个温度段保温结束后，真空均≤1×10-2pa。在580℃保温4h，真空5×10-3pa时，开始压制，压制压力为130mpa，单次压下量控制在3mm，每次保压时间10min，到达最大压下量时，保压时间4h。把真空热压后的含钢模具坯锭车去钢模具后，经过机加工工序加工，形成致密度不低于98％的al-w-si三元复合材料。
(3)将聚氨酯改性环氧树脂加入占聚氨酯改性环氧树脂重量6％的丁二醇双环氧稀释剂，缓慢搅拌至稀释剂混合均匀，加热至80℃，加入al-w-si三元复合材料粉末，充分搅拌，保温脱气，降温至45℃后，加入占聚氨酯改性环氧树脂重量25％聚酰胺固化剂，混合均匀，再在80℃真空状态下脱气2h，形成复合高分子聚合物，用喷涂枪喷到al-w-si三元复合材料上，在室温下固化，得到表面涂层厚度为1.6mm的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料，其中含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层中al-w-si三元复合材料粉末的质量百分比为37％。
实施例6：
(1)将铝硅合金在高纯氩气气体氛围下，利用气雾化设备制备得到铝硅合金雾化粉末，然后在高纯惰性气体保护下，按照球料比为20:1，将w粉末与铝硅合金雾化粉末在搅拌式、行星式高能球磨机中以70r/min的转速高能球磨36h，得到al-w-si三元复合材料粉末，其中al-w-si三元复合材料中w的质量分数为40％，si的质量分数为10％，其余为al。
(2)将al-w-si三元复合材料粉末装入钢制包套内，抽真空之前，进行预压制，压力为35mpa，保压时间为2h。粉末装填完毕之后，常温下抽真空至4.5×10-2pa后进行升温，同时抽真空，升温速率为40℃/h，在80、150、400和500℃分别保温4h，每个温度段保温结束后，真空均≤1×10-2pa。在620℃保温6h，真空5×10-3pa时，开始压制，压制压力为110mpa，单次压下量控制在3mm，每次保压时间20min，到达最大压下量时，保压时间3h。把真空热压后的含钢模具坯锭车去钢模具后，经过机加工工序加工，形成致密度不低于98％的al-w-si三元复合材料。
(3)将聚氨酯改性环氧树脂加入占聚氨酯改性环氧树脂重量7％的丁二醇双环氧稀释剂，缓慢搅拌至稀释剂混合均匀，加热至80℃，加入al-w-si三元复合材料粉末，充分搅拌，保温脱气，降温至45℃后，加入占聚氨酯改性环氧树脂重量20％聚酰胺固化剂，混合均匀，再在80℃真空状态下脱气2h，形成复合高分子聚合物，用喷涂枪喷到al-w-si三元复合材料上，在室温下固化，得到表面涂层厚度为1-2mm的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料，其中含al-w-si三元复合材料粉末的高分子涂层中al-w-si三元复合材料粉末的质量百分比为30％。
经检测，实施例1-6制备的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料以及al-w-si三元复合材料的密度、热导率、热膨胀系数和x射线屏蔽效能的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于al-w-si的抗辐射电子封装材料的具有低比重、高热导率、低膨胀系数、抗辐射加固的性能，涂层处理后的密度更低，抗辐射性能更好，其余性能变化不大。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。