一种高硅铝合金电子封装壳体3D打印增材制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高硅铝合金电子封装壳体3D打印增材制造方法，利用高体积分数硅颗粒与铝粉均匀混合成粉末冶金原材料，采用3D打印增材制造技术，净成形一体结构高硅铝合金材料壳体。所制造壳体密度小、强度高、热导率高、热膨胀系数小、成份均匀且无裂纹等缺陷，尺寸精度和粗糙度达到了设计规范要求，为航空航天领域设备用电子封装壳体的批量快速制造提供了保障。

Manufacturing method of 3D printing and adding material for high silicon aluminum alloy electronic packaging case

The invention relates to a method for manufacturing high silicon aluminum alloy electronic packaging shell by 3D printing augmentation. The shell of high silicon aluminum alloy material is formed by mixing high volume fraction silicon particles and aluminum powder into powder metallurgical raw materials and adopting 3D printing augmentation manufacturing technology. The fabricated shell has many defects, such as low density, high strength, high thermal conductivity, small thermal expansion coefficient, uniform composition and no crack. The dimension precision and roughness meet the requirements of design specifications. It provides a guarantee for rapid manufacturing of electronic packaging shell for aerospace equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种高硅铝合金电子封装壳体3D打印增材制造方法
本专利技术涉及一种高硅铝合金电子封装壳体制造方法，特别涉及一种使用3D打印技术制造高硅铝合金电子封装壳体的制造方法。
技术介绍
电子封装壳体结构如图1所示，要求封装材料具有轻质、超导热、低膨胀并具有一定的强度和刚度等特点。高硅铝合金材料能够保持硅和铝各自的优异性能，高硅铝合金密度在2.3~2.7g/cm3之间，热膨胀系数(CTE)在7~20ppm/℃之间，提高硅含量可使合金材料的密度及热膨胀系数显著降低。利用高硅铝合金作为电子封装材料的基座，外壳，盒体，盖板，匹配性好，可提供更好的散热，能极大的延长封装大功率模块的使用寿命，可靠性增加。同时，高硅铝合金还具有重量轻，高热导性，导电性好，具有优异的电磁干扰/射频干扰屏蔽性能，低热膨胀，比强度和刚度较高，良好的机械加工与表面镀覆性能以及焊接性能，材料致密性好，耐高温，耐腐蚀等优越性能，是一种应用前景广阔的电子封装材料，特别是在航天航空、空间技术和便携式电子器件等高
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。目前电子封装用硅铝合金制备工艺主要有：熔炼铸造、浸渗法、粉末冶金压制烧结、真空热压法、喷射沉积法等。但熔炼铸造会导致初晶硅颗粒粗大，合金材料性能差；浸渗法存在铝液和硅骨架之间的润湿性不良；粉末冶金压制烧结法工艺相对较复杂，压模成本高；真空热压法真空系统成本高昂，大规模应用受限；喷射沉积法材料不致密，需后处理等缺点。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种高硅铝合金电子封装壳体3D打印增材制造方法，包括以下步骤：S1，建立电子封装壳体三维模型；S2，根据建立的三维模型制定增材制造方案；S3，将Si颗粒与Al粉混合制作冶金原材料粉末；S4，按照制定的所述3D打印增材制造方案在基板上制造所述壳体；S5，将所述壳体从所述基板上切割分离；S6，对壳体进行后处理。进一步地，步骤S1具体包括：S101，利用三维软件建立所述壳体三维模型；S102，在三维软件中将壳体模型进行格式转换，生成STL文件。进一步地，步骤S2具体包括：S201，使用Magic软件创建机器平台模型；S202，将所述包含壳体模型的STL文件导入Magic软件；S203，在Magic软件中修复壳体模型；S204，在Magic软件中将壳体模型定向并摆放于基板模型中合适的位置；S205，在Magic软件中对模型搭建工艺支撑；S206，对所述壳体模型及所述工艺支撑进行切片分层操作，并生成CLI格式层片文件；S207，将CLI格式层片文件导入填充软件；S208，在填充软件中规划激光扫描路径填充每层切片层，并输出包含填充信息的CLI格式层片文件；S209，将所述包含填充信息的CLI格式层片文件导入3D打印设备；S210，设定所述3D打印设备使用的制造参数。进一步地，S210中所述制造参数具体为：激光光斑直径为0.02mm-0.07mm，激光功率为0.06kw-0.4kw，激光扫描速度1m/s-7m/s，激光搭接率为30%-70%，切片层厚度为0.02mm-0.10mm。进一步地，步骤S3中将Si颗粒与Al粉混合制作冶金原材料粉末工艺为：Si颗粒体积分数为42%~70%、平均粒径为47μm，Al粉体积分数为30%~58%、平均粒径为30μm，将两种粉末放入V型混料机中以20rpm的转速混合2h。进一步地，步骤S4的具体步骤为：S401，清理所述3D打印设备成形室；S402，校正刮刀水平度；S403，安装基板并向送粉缸中装入混合后的冶金原材料粉末；S404，关闭成形室门，抽真空并冲入用于防止金属氧化的氩气；S405，铺粉刮刀先把混合粉末平推到成形缸的基板上形成一个层厚的粉末；S406，激光束按所述CLI格式层片文件中包含的当前层的填充轮廓线选区熔化基板上的粉末，加工出当前层；S407，成形缸下降一个切片层厚度的距离，刮刀退回原位，送粉缸上升一个切片层厚度的距离，铺粉刮刀再在已加工好的当前层上铺送一个切片层厚度的冶金原材料粉末；S408，所述3D打印设备调入下一层轮廓的数据进行激光选区熔化成形；S409，所述3D打印设备判断是否完成所述壳体打印，如果否则返回步骤S407，如果是则结束打印操作。进一步地，步骤S6的具体步骤为：S601，连同基板与所述壳体从所述成型室中取出，振动清理壳体中的剩余金属粉末；S602，将所述壳体从基板上分离，并去除支撑；S603，对去除支撑的壳体进行去应力退火处理；S604，对后处理好的壳体进行成品检验。采用上述技术方案，本专利技术所产生的有益效果在于：本专利技术采用一体结构净成形3D打印快速制造有效的解决了高硅铝电子封装壳体制造成本高、难以快速成型的问题，避免了繁杂的加工流程。所制备壳体具有比重小，导电性好，电磁干扰/射频干扰屏蔽性能优异，成形效率高，致密度高，成份均匀等特点。为航空航天领域设备用电子封装壳体的制备提供了批量快速制造方法。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明：图1是电子封装壳体的结构图；图2是本专利技术中壳体3D打印增材制造方法工艺流程图；图3为实施例一Al-42%Si显微组织；图4为实施例一Al-42%Si断口形貌；图5为实施例二Al-70%Si显微组织；图6为实施例二Al-70%Si断口形貌；图7为不同硅含量铝合金的热膨胀系数对比。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术：如图2所示，本专利技术所述的一种高硅铝合金电子封装壳体3D打印增材制造方法包括以下步骤：S1，建立电子封装壳体三维模型；S2，根据建立的三维模型制定增材制造方案；S3，将硅颗粒和铝粉混合制作冶金原材料粉末；S4，按照制定的所述增材制造方案在基板上制造所述壳体；S5，将所述壳体从基板切割分离；S6，对壳体进行后处理。实施例1：在本实施例中，步骤S1具体包括：S101，利用三维软件建立所述壳体三维模型；S102，在三维软件中将壳体模型进行格式转换，生成STL文件。步骤S2具体包括：S201，使用Magic软件创建机器平台模型；S202，将所述包含壳体模型的STL文件导入Magic软件；S203，在Magic软件中修复壳体模型；S204，在Magic软件中将壳体模型定向并摆放于基板模型中合适的位置；S205，在Magic软件中对模型搭建工艺支撑；S206，对所述壳体模型及所述工艺支撑进行切片分层操作，并生成CLI格式层片文件；S207，将CLI格式层片文件导入填充软件；S208，在填充软件中规划激光扫描路径填充每层切片层，并输出包含填充信息的CLI格式层片文件；S209，将所述包含填充信息的CLI格式层片文件导入3D打印设备；S210，设定所述3D打印设备使用的制造参数，在本实施方式中，制造参数为，激光光斑直径为0.07mm，激光功率为0.4kw，激光扫描速度2m/s，激光搭接率为30%，切片层厚为0.02mm。在本实施例中，步骤S3中将Si颗粒与Al粉混合制作冶金原材料粉末工艺为：Si颗粒体积分数为42%、平均粒径为35μm，Al粉体积分数为58%、平均粒径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硅铝合金电子封装壳体3D打印增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立电子封装壳体三维模型；S2，根据建立的三维模型制定3D打印增材制造方案；S3，将Si颗粒与Al粉混合制作冶金原材料粉末；S4，按照制定的所述3D打印增材制造方案在基板上制造所述壳体；S5，将所述壳体从所述基板上切割分离；S6，对壳体进行后处理。

【技术特征摘要】
1.一种高硅铝合金电子封装壳体3D打印增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立电子封装壳体三维模型；S2，根据建立的三维模型制定3D打印增材制造方案；S3，将Si颗粒与Al粉混合制作冶金原材料粉末；S4，按照制定的所述3D打印增材制造方案在基板上制造所述壳体；S5，将所述壳体从所述基板上切割分离；S6，对壳体进行后处理。2.如权利要求1所述的3D打印增材制造方法，其特征在于，步骤S1具体包括：S101，利用三维软件建立所述壳体净尺寸三维模型；S102，在三维软件中将壳体模型进行格式转换，生成STL文件。3.如权利要求2所述的3D打印增材制造方法，其特征在于，步骤S2具体包括：S201，使用Magic软件创建机器平台模型；S202，将所述包含壳体模型的STL文件导入Magic软件；S203，在Magic软件中校订修复壳体模型；S204，在Magic软件中将壳体模型定向并摆放于基板模型中合适的位置；S205，在Magic软件中对模型搭建工艺支撑；S206，对所述壳体模型及所述工艺支撑进行切片分层操作，并生成CLI格式层片文件;S207，将CLI格式层片文件导入填充软件；S208，在填充软件中规划激光扫描路径填充每层切片层，并输出包含填充信息的CLI格式层片文件；S209，将所述包含填充信息的CLI格式层片文件导入3D打印设备；S210，设定所述3D打印设备使用的制造参数。4.如权利要求3所述的3D打印增材制造方法，其特征在于，S210中所述制造参数具体为：激光光斑直径为0.02mm-0.07mm，激光功率为0.06kw-0.4kw，激光扫描速度1m/s-7m/s，激光搭接率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明海，葛青，李广生，李澄，
申请(专利权)人：鑫精合激光科技发展北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11