高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料稀釋擠壓過濾制備法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料的制備方法，涉及一種高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料稀釋擠壓過濾制備法，具體涉及一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)(>60vol.% )初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的稀釋擠壓過濾制備法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，芯片的集成度越來越高，系統(tǒng)的功率隨之變大，單位體積的發(fā)熱率迅速增加，因此器件的散熱成為阻礙集成電路發(fā)展的瓶頸。合理的熱設(shè)計(jì)和熱封裝是解決該問題的重要途徑。目前對(duì)電子封裝材料的要求包括:具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，良好的導(dǎo)熱性能，與器件匹配的熱膨脹系數(shù)，比重小，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，便于加工，成本低，便于自動(dòng)化生產(chǎn)等。對(duì)于日益提高的電子封裝要求，傳統(tǒng)的單質(zhì)封裝材料，如陶瓷、塑料、金剛石以及金屬，已難以滿足大規(guī)模集成電路的發(fā)展需要。為此，人們將目光投向了熱導(dǎo)和熱膨脹系數(shù)寬幅可調(diào)的金屬基復(fù)合材料，并一致認(rèn)為金屬基復(fù)合材料是電子封裝材料的重要方向之一。電子封裝金屬基復(fù)合材料主要以鋁基和銅基為主。對(duì)于鋁基電子封裝復(fù)合材料而言，最常用的是SiCp/Al復(fù)合材料，但其加工性能不好，對(duì)于簡(jiǎn)單的溝槽、邊角等加工都有困難，更不用說復(fù)雜形狀了。近些年來，Sip/Al電子封裝復(fù)合材料引起了重視，該復(fù)合材料不僅能滿足電子封裝對(duì)熱導(dǎo)和熱膨脹性能的要求，而且可以采用普通碳化物刀具加工成較復(fù)雜的形狀，加工性能遠(yuǎn)好于SiCp/Al復(fù)合材料。目前，制備Sip/Al電子封裝復(fù)合材料主要采用真空壓力浸漬方法和噴射沉積技術(shù)。真空壓力浸漬方法如下:首先將Si顆粒制成預(yù)制件，然后借助壓力作用將液態(tài)鋁合金壓人到預(yù)制件中。該方法制備的復(fù)合材料能夠滿足封裝的需要，但需要真空浸漬設(shè)備，需要制備預(yù)制件，過程復(fù)雜，制備成本高，材料機(jī)械性能偏低。噴射沉積技術(shù)是利用高硅鋁合金，霧化后噴射沉積在基板上，所得材料組織為初生硅+共晶硅鋁合金。其中的初生硅得到細(xì)化，克服了高硅鑄造鋁合金初生硅晶粒粗大的弱點(diǎn)，一定程度上改善了力學(xué)性能和機(jī)械加工性能。但由于基體為共晶硅，導(dǎo)熱性不很理想。
[0003]本發(fā)明提出一種稀釋擠壓過濾制備方法，利用半固態(tài)過共晶鋁硅合金與液態(tài)純鋁快速混合，然后快速將鋁合金液體擠出的制備方法，所得的高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織主要含有初生硅和純鋁，共晶成分很少。相比于噴射沉積材料，導(dǎo)熱性能得到提高。軟的純鋁基體的存在使材料具有較好的韌性，能更好地滿足電子封裝的要求。
[0004]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在“南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，18(1): 1-4”上題為“新型電子封裝S1-Al合金的基礎(chǔ)研宄”的文章，以及“高體積分?jǐn)?shù)硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，公開號(hào):CN1670229A”的中國(guó)發(fā)明專利與本發(fā)明高度相關(guān)。前者描述了一種采用噴射沉積技術(shù)制備電子封裝S1-Al合金的方法，該方法需要特殊設(shè)備，且制備的材料基體為共晶硅，導(dǎo)熱性不很理想。后者公開了一種采用真空壓力浸漬技術(shù)制備高體積分?jǐn)?shù)硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，需要真空浸漬設(shè)備，需要制備預(yù)制件，過程復(fù)雜，制備成本高，材料機(jī)械性能偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于為了克服真空壓力浸漬方法制備成本高、材料機(jī)械性能偏低以及噴射沉積法制備的復(fù)合材料導(dǎo)熱性偏低的的弱點(diǎn)，提出了一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的稀釋擠壓過濾制備法。該制備法利用半固態(tài)過共晶鋁硅合金與液態(tài)純鋁快速混合，然后快速將鋁合金液體擠出，即可得到滿足電子封裝要求的高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明所制得的高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料主要含有初生硅和純鋁，共晶成分很少。相比于噴射沉積材料，導(dǎo)熱性能得到提高；軟的純鋁基體的存在使材料具有較好的韌性，能更好地滿足電子封裝的要求。相比于真空壓力浸漬材料，機(jī)械性能得到提高。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明涉及一種高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料稀釋擠壓過濾制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0008]步驟一，將過共晶鋁硅合金加熱至完全熔化并過熱30?50°C，加入0.1?0.2%的磷鹽變質(zhì)劑，然后降溫至液固兩相區(qū)域，得半固態(tài)熔體；
[0009]步驟二，對(duì)所述半固態(tài)熔體進(jìn)行破碎細(xì)化，加入鋁熔液，并快速攪拌混合，得混合熔體；
[0010]步驟三，用稀釋擠壓過濾裝置擠壓所述混合熔體，過濾掉液體部分，并將剩余部分快冷凝成型，即得到高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
[0011]優(yōu)選地，步驟一中，所述共晶鋁硅合金包括Al-50Si合金、A1-40S1合金、Al_30Si
I=I益寸O
[0012]優(yōu)選地，步驟一中，所述加熱的溫度為850?1100°C，即過熱后的溫度。
[0013]優(yōu)選地，步驟一中，所述降溫具體指將溫度降為620°C。
[0014]優(yōu)選地，所述降溫后還需保溫lOmin。
[0015]優(yōu)選地，步驟一中，所述加熱具體為采用電阻爐加熱。
[0016]優(yōu)選地，步驟一中，所述磷鹽變質(zhì)劑為杰科牌商用磷鹽變質(zhì)劑JK1035 ;所述百分比具體是指磷鹽變質(zhì)劑的重量占所述過共晶鋁硅合金總量的百分比。
[0017]優(yōu)選地，步驟二中，所述破碎細(xì)化具體為通過機(jī)械攪拌破碎細(xì)化。
[0018]優(yōu)選地，步驟二中，所述鋁熔液為純鋁熔液。
[0019]優(yōu)選地，步驟二中，所述快速攪拌具體指攪拌速度范圍為300?500r/min ;所述的快速混合和快速擠壓是為了減少初生硅的溶解。
[0020]優(yōu)選地，步驟三中，所述快冷是指放到大塊冷鐵上進(jìn)行冷卻。
[0021]優(yōu)選地，步驟三中，所述稀釋擠壓過濾裝置包括模具組成的腔，腔內(nèi)與之匹配的位于腔頂部的石墨墊片、位于腔底部的過濾墊片，以及模具底部的支撐，所述石墨墊片上部設(shè)有壓頭，所述壓頭的外徑小于等于石墨墊片直徑。
[0022]在步驟三中，將混合熔體轉(zhuǎn)移至腔內(nèi)，然后裝上石墨墊片及壓頭，給壓頭加壓，使得混合熔體中的液體部分通過重力和壓力透過過濾墊片流出。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0024]本發(fā)明所用裝置簡(jiǎn)單，制備成本低；所制得的高體積分?jǐn)?shù)初生硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料主要含有初生硅和純鋁，共晶成分很少，導(dǎo)熱性能得到提高；軟的純鋁基體的存在使材料具有較好的韌性，同時(shí)機(jī)械攪拌破碎，使初生硅得到細(xì)化，能更好地滿足電子封裝的要求。
【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0026]圖1為稀釋擠壓過濾裝置示意圖；其中，I是壓頭，2是石墨墊片，3是腔，4是模具，5是過濾墊片，6是支撐。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)