一种快速注射成型制备硅铝合金电子封装材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及硅铝合金电子封装材料领域，具体涉及一种快速注射成型制备硅铝合 金电子封装材料的方法。
【背景技术】
[0002] 二十一世纪科学技术的发展，尤其突出的表现就是电子科学技术的发展。随着电 子元器件朝着尺寸更小、质量更轻、运算速度更快的方向发展以及大规模集成电路技术的 快速发展，1C芯片的集成度和封装密度成倍提高，对电子封装材料也相应提出了更高的要 求。电子封装直接影响集成线路和器件的电、热、光和机械性能，且对系统的小型化起着关 键的作用，因此要求电子封装材料具有低膨胀系数、低密度、高热导率和机械性能，同时必 须具有良好的封装工艺性能，以及高可靠性和低成本。由此传统的电子封装材料如氧化铝 陶瓷、低膨胀合金如Kovar、氧化铍陶瓷、氮化铝和高熔点金属W，Mo及其复合材料等都已不 适应现代先进的微波和混合电路技术的封装要求，或在不同程度上都存在成本高、资源短 缺、毒性大、加工性不好等缺点。
[0003] 硅铝合金作为一种新型封装材料，具有低热膨胀系数、高的热导率、比重低，没有 毒性，较低的材料成本，并且易于加工，可以电镀，同时能够满足航空航天设备和移动、计算 通讯设备轻量化的要求，可以广泛地用于大规模集成电路的封装或作为其他微电子线路和 微波线路的封装材料。
[0004] 目前硅铝合金电子封装材料的常规的制备方法有熔炼铸造法、熔渗法、粉末冶金 法、喷射成形法和快速热压法等，但这些方法在不同程度上都具有设备成本高、工艺时间 长、成形困难、工艺不易控制而难以工业化生产等不足，而且有些方法中还存在预制件不 能完全浸透、微观组织不均匀、界面发生化学反应和制得的材料结构单一等缺陷。在专利 CN102094142A中公开了通过快速热压制备高硅铝合金电子封装材料的方法，该方法是在 惰性气体保护的条件下，将粉末装入模具中，在加压的同时加热，经过热压变形成制品，存 在设备要求高，成本高，且制品为结构单一的块状、棒状或板状，此方法不能用于制备结构 精密和复杂的制品；在专利CN1531072A中报道了低密度低膨胀系数高热导率硅铝合金封 装材料及制备方法，其结合了喷射沉积致密工艺和热等静压工艺或传统的热压工艺，其工 艺存在设备成本高、工艺时间长、成分控制困难而难以工业化生产，且粉末原料要求高等不 足；在专利CN1345983A中公开了一种喷射沉积高硅铝合金的方法，其通过喷射沉积技术， 并加入Fe、Mn元素得到相对稳定的高硅铝合金，此方法存在工艺参数复杂，成本较高，制备 的半成品孔隙率较大，需要进行二次加工等缺点。所以，寻求一种新工艺和设备要求简单、 生产效率高、成本低并且所得制品具有高致密、高性能并能批量化生产等优点的制备方法， 以实现硅铝合金电子封装材料产业化应用是极其关键的。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的皆在提供一种快速注射成型制备硅 铝合金电子封装材料的方法，按重量百分比计，硅铝合金成分Si为10 %?60 %，A1为余量， 按合金成分配料，将配好的硅铝合金粉与粘结剂按一定配比在密炼机中混炼得到均匀的喂 料，用快速注射成型技术，得到合金成分均匀、显微组织均匀和致密，低热膨胀系数、高热导 率、结构复杂多样的硅铝合金电子封装材料，而且热膨胀系数和热导率在一定范围内都可 调，这可根据封装匹配材料的不同来精确设计所需的合金配方，使两者的热膨胀系数完全 匹配，以达到零应力封装的目标和调节热导率以满足1C芯片高强度散热的需要。同时，这 种制备方法工艺简单、生产效率高、成本低、可控性和重复性好、能批量化生产和避免了车 铣刨磨等繁琐的机械加工工序。
[0006] 为了解决以上技术问题，本发明的一种快速注射成型制备硅铝合金电子封装材料 的方法，所述制备方法为采用快速注射成型法；优选工艺为：将重量比为10%?60%的Si 和40%?90%的A1制成硅铝合金粉；将硅铝合金粉与一定量的粘结剂在密炼机上100? 230°C温度下混炼0. 5?4h后得到混合均匀的喂料；喂料经过粉碎后在注射机于90? 220°C温度，60?llOMPa压力，经过2?25s时间快速注射成型，得到相应结构的坯体；将 坯体进行脱除粘结剂后，在500?650°C温度，升温速率为120?300°C/h，真空条件下进行 烧结，保温时间为1?5h，得到相对密度为97%?99%。
[0007] 本发明还提供了一种上述方法制备得到的硅铝合金电子封装复合材料，所述复合 材料由硅粉和铝粉以及适量的粘结剂均匀混合制得的硅铝合金复合材料喂料，经过快速注 射成型工艺及热处理烧结而成，其热膨胀系数为6?12X1(T6/K，热导率为110?150W/mK， 抗拉强度为120?165MPa，弹性模量为70?112GPa，其可用于航空航天、电子、计算机、通 信等领域的微电子线路和微波线路的封装材料以及大规模集成电路的电子封装。
[0008] 优选，所述的娃错合金粉的粒径为5?50ym。所述娃错合金电子封装材料的热 膨胀系数为6?12X10-6/K，热传导率为110?150W/mK，抗拉强度为120?165MPa，弹性 模量为70?112GPa;所述硅铝合金电子封装材料的热膨胀系数为8X1(T6/K，热传导率为 120W/mK，抗拉强度为150MPa，弹性模量为80GPa;更优选所述硅铝合金电子封装材料的热 膨胀系数为10X1(T6/K，热传导率为140W/mK，抗拉强度为155MPa，弹性模量为lOOGPa。
[0009] 本发明还提供上述材料的具体应用，用于航空航天、电子、计算机或通信领域的微 电子线路和微波线路的封装。还可用于集成电路的电子封装。
[0010] 本发明与现有技术相比，具有以下优点或特色：
[0011] (1)材料低热膨胀系数（6?12X1(T7k)、高热导率（110?150W/mK)且在这范围 内是可调的，这可根据封装匹配材料的不同来精确设计所需的合金配方，使两者的热膨胀 系数完全匹配，以达到零应力封装的目标和调节热导率以满足1C芯片高强度散热的需要。
[0012] (2)合金比重低（1.7?2. 6g/cm3)、强度高、比刚度大，在满足散热功能的前提下， 可达到体积小、重量轻的效果，能够满足航空航天设备和移动、计算通讯设备轻量化的要求 和适应现代电子产品的发展方向，而且也适用于航空电子及空间飞行器等现代航空航天工 业的迫切需要。
[0013] (3)本发明方法可制得结构复杂多样的近净成型的电子封装复合材料且避免了车 铣刨磨等繁琐的机械加工工序，材料可用于航空航天、电子、计算机、通信等领域的微电子 线路和微波线路的封装材料以及大规模集成电路的电子封装。
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