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一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法技术

技术编号:15857980 阅读:15 留言:0更新日期:2017-07-22 18:13
本发明专利技术公开了一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法,包括以下步骤:首先制备Al‑Cu‑Mg‑Si‑Ni合金坯锭,然后气雾化制成Al‑Cu‑Mg‑Si‑Ni粉末,并向该粉末中加入表面包覆有铜膜的碳纳米管,在三辊研磨机中研磨,冷等静压成型、真空除气、固溶时效强化处理,去除包套,制得铝基复合材料;最后将铝基复合材料‑铝板‑铝基复合材料叠层放置,然后进行包套,脱气密封,并将密封后的包套材料进行热等静压处理,然后高温轧制,轧制后的材料冷却至室温,去除包套,得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料。该制备方法简单易操作,制得的封装材料具有优异的导热、耐高温以及热膨胀性能,力学性能好。

Preparation method of low expansion high temperature aluminum alloy layered electronic packaging material

The invention discloses a preparation method of low temperature expansion Aluminum Alloy layered electronic packaging material, comprising the following steps: first, the preparation of Al Cu Mg Si Ni alloy billets, and then made Al Cu aerosol Mg Si Ni powder, and the powder is added in the copper film carbon nanotube coated surface grinding in three roller grinding machine, cold isostatic pressing and vacuum degassing, solid solution and aging treatment, the removal of package, prepared aluminum matrix composites; finally aluminum aluminum aluminum matrix composite laminated composite placed, then canning, degassing seal. And the package material seal after hot isostatic pressing, and high temperature rolling, rolling the material after cooling to room temperature, the removal of package, low expansion high temperature Aluminum Alloy layered electronic packaging materials. The preparation method is simple and easy to operate, and the prepared packaging material has excellent thermal conductivity, high temperature resistance and thermal expansion performance, and has good mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法
:本专利技术涉及复合材料领域,具体的涉及一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法。
技术介绍
:随着现代电子信息技术的迅速发展,电子系统及设备向大规模集成化、小型化、高效率和高可靠性方向发展。电子封装正在与电子设计及制造一起,共同推动着信息化社会的发展。由于电子器件和电子装置中元器件复杂性和密集性的日益提高,因此迫切需要研究和开发性能优异、可满足各种需求的新型电子封装材料。为了保证电子元件的正常工作,对电子封装材料的特性有以下要求:1)有较高的热导率(Tc),以使元件工作时产生的大量热量能及时散发出去,保护器件不因温升过高而失效;2)由于真空微电子学的发展,要求电子元件在较高真空下工作,从而要求材料又极高的气密性,,即材料内部致密、空隙度少;3)较低的热膨胀系数(CTE),要与封装的硅片、砷化镓、陶瓷Al2O3或BeO的热膨胀系数相匹配,使其避免元件工作时,两者热膨胀系数差异产生热应力而导致元件失效;4)要求材料有较高机械强度和和良好加工性能,以便与加工成各种复杂的形状;5)在航空航天领域及其他某些便携式电子器件中要求有较低的密度,尽可能减轻器件的重量;6)要求材料成本低廉,便于大规模生产。电子封装材料主要有三大类:陶瓷封装材料、塑料封装材料和金属及金属基复合材料。其金属基复合材料可以将金属基体优良的热导性能和增强体材料低膨胀系数的特性结合起来。因此,电子封装用金属基复合材料成为未来发展的重要方向。高硅铝合金材料能够保持硅和铝各自的优异性能,并且硅、铝的含量相当丰富,硅粉的制备技术成熟,成本低廉,同时这种材料对环境没有污染,对人体无害。高硅铝合金材料将成为一种具有广阔前景的电子封装材料,特别是在航空航天等空间
,得到了广泛的应用。但是随着航空航天技术的发展,目前的高硅铝合金材料的耐高温以及热膨胀、导热性能已经达不到其要求,亟需一种性能更为优异的铝合金材料。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法,该方法成本低,制得的电子封装材料强度大、密封性好、耐高温性能优异,热膨胀系数低,加工性能好。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法,包括以下步骤:(1)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、Ni组元混合均匀,在真空炉中,750-950℃、真空度≤10-2Pa的条件下进行熔炼,制得Al-Cu-Mg-Si-Ni合金坯锭,然后对其进行气雾化制粉得到Al-Cu-Mg-Si-Ni雾化粉末;(2)采用化学镀的方法,在碳纳米管表面镀铜,制得表面包覆有铜膜的碳纳米管,然后将其与制得的Al-Cu-Mg-Si-Ni雾化粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀,并将混合好的粉末在压力130-220MPa,保压时间为10-30min的条件下进行冷静压成型,将冷等静压后的坯锭装入金属包套内,420-560℃下进行真空除气30-90min,然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型,然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化,去除包套,得到铝基复合材料;(3)将铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置,然后进行包套,脱气密封,并将密封后的包套材料进行热等静压处理,然后高温轧制,轧制后的材料冷却至室温,去除包套,得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料。作为上述技术方案的优选,步骤(1)中,所述Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、Ni组元按重量百分比计,其含量分别为:Cu3.0-6.0%,Mg0.8-1.8%,Si16-25%,Ni0.1-7%,余量为Al。作为上述技术方案的优选,步骤(1)中,所述气雾化制粉的条件为:Al-Cu-Mg-Si-Ni合金坯锭的温度为750-950℃,保温时间为10-15min,气雾化浇注温度为750-950℃,雾化时的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。作为上述技术方案的优选,步骤(2)中,所述碳纳米管的长度为1-2μm,其直径为20-50nm,表面涂覆铜薄膜的厚度为2-8nm。作为上述技术方案的优选,步骤(2)中,所述固溶时效处理的条件为:固溶温度为430-500℃,保温时间为1-4h;水冷,水温为20-30℃,时效温度为135-210℃,保温时间为3-10h。作为上述技术方案的优选,步骤(2)中,所述挤压成型的条件为:挤压坯料加热温度为420-520℃,挤压模具温度为400-500℃,挤压比为(10-30):1。作为上述技术方案的优选,步骤(3)中,铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置时各层的厚度分别为1.5mm、3mm、1.5mm。作为上述技术方案的优选,步骤(3)中,所述热等静压处理的条件为:700-1000℃,45-270MPa,保压时间1-5h。作为上述技术方案的优选,步骤(3)中,所述高温轧制的具体过程为:将包套材料放入加热炉中,首先以10℃/min的速率升温至700-800℃,保温15-20min,然后以5℃/min的速率升温至1200℃,保温10-20min,然后迅速放入轧机开扎,道次变形量为10-25%,轧制总变形量为50-85%。作为上述技术方案的优选,步骤(3)中,轧制后材料冷却的条件为:首先将包套材料冷却至500-600℃,保温5-10min,然后空冷至室温。轧制温度和初道次变形率以及轧制前的处理对材料的结合强度有显著影响,本专利技术首先将层状材料升温至700-800℃,保温一段时间,使得层与层之间的铝原子可以进行缓慢均匀的扩散,形成一定的扩散层,然后继续升温至1200℃,保温一段时间,使得材料层间进行初步结合,然后再放于轧制机上进行轧制,使得材料层间结合强度大,制得的材料力学性能好。本专利技术采用热轧复合,因为铝基复合材料和Al的强度相差较大,热膨胀系数相差大,冷轧复合会出现界面结合不强和不完整现象。本专利技术具有以下有益效果:(1)首先本专利技术在Al-Cu-Mg-Si合金中添加适量的Ni组元,其可以与基体材料形成耐热相,有效提高了材料的高温强度;本专利技术还在碳纳米管表面镀一层铜膜,然后将其加入到合金材料中,制得的材料稳定性好,且还有效改善了材料的耐磨性能以及导电性能;(2)另一方面,本专利技术采用制得的铝基复合材料与Al板形成层状材料,该材料为三明治结构,制得的材料兼有铝基复合材料与Al板的优点,导电性好,耐腐蚀性能优异,热膨胀系数低,力学性能佳。具体实施方式:为了更好的理解本专利技术,下面通过实施例对本专利技术进一步说明,实施例只用于解释本专利技术,不会对本专利技术构成任何的限定。实施例1一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法,包括以下步骤:(1)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、Ni组元混合均匀,在真空炉中,750℃、真空度≤10-2Pa的条件下进行熔炼,制得Al-Cu-Mg-Si-Ni合金坯锭,然后对其进行气雾化制粉得到Al-Cu-Mg-Si-Ni雾化粉末;其中,Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、Ni组元按重量百分比计,其含量分别为:Cu3.0%,Mg0.8%,Si16%,Ni0.1%,余量为Al;气雾化制粉的条件为:Al-Cu-Mg-Si-Ni合金坯锭的温度为750℃,保温时间为10min,气雾化浇注温度为750℃,雾化时的保护气氛为氦气;(2)采用化学镀的方法,在碳纳本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、Ni组元混合均匀,在真空炉中,750‑950℃、真空度≤10

【技术特征摘要】
1.一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、Ni组元混合均匀,在真空炉中,750-950℃、真空度≤10-2Pa的条件下进行熔炼,制得Al-Cu-Mg-Si-Ni合金坯锭,然后对其进行气雾化制粉得到Al-Cu-Mg-Si-Ni雾化粉末;(2)采用化学镀的方法,在碳纳米管表面镀铜,制得表面包覆有铜膜的碳纳米管,然后将其与制得的Al-Cu-Mg-Si-Ni雾化粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀,并将混合好的粉末在压力130-220MPa,保压时间为10-30min的条件下进行冷静压成型,将冷等静压后的坯锭装入金属包套内,420-560℃下进行真空除气30-90min,然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型,然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化,去除包套,得到铝基复合材料;(3)将铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置,然后进行包套,脱气密封,并将密封后的包套材料进行热等静压处理,然后高温轧制,轧制后的材料冷却至室温,去除包套,得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料。2.如权利要求1所述的一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、Ni组元按重量百分比计,其含量分别为:Cu3.0-6.0%,Mg0.8-1.8%,Si16-25%,Ni0.1-7%,余量为Al。3.如权利要求1所述的一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述气雾化制粉的条件为:Al-Cu-Mg-Si-Ni合金坯锭的温度为750-950℃,保温时间为10-15min,气雾化浇注温度为750-950℃,雾化时的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。4.如权利要求1所述的一种低膨胀...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭和谦
申请(专利权)人:郭和谦
类型:发明
国别省市:广东,44

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