一種高硅鋁合金封裝外殼半固態的連續成形方法技術

一種高硅鋁合金封裝外殼半固態的連續成形方法，屬于電子封裝生產技術領域，將塊狀A356鋁合金加熱熔化后保溫靜置；再在攪拌條件下，向保溫靜置后的鋁合金液加入體積分數為10%～24%的Si顆粒；然后冷卻后，可得到Si含量為16%～30%的鋁合金半固態坯料，經模具連續擠壓成形，成形腔設計在擠壓模具凹模腔的底部邊緣水平方向。本發明專利技術利用半固態擠壓成形中液相與固相偏析和分離的特征，制備加工高性能薄壁復雜形狀高Si鋁合金電子封裝殼體。成形腔設計在擠壓模具凹模腔的底部邊緣水平方向，可以保證在垂直方向擠壓時漿料在水平方向產生偏析和分離。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】，屬于電子封裝生產
，將塊狀A356鋁合金加熱熔化后保溫靜置；再在攪拌條件下，向保溫靜置后的鋁合金液加入體積分數為10%～24%的Si顆粒；然后冷卻后，可得到Si含量為16%～30%的鋁合金半固態坯料，經模具連續擠壓成形，成形腔設計在擠壓模具凹模腔的底部邊緣水平方向。本專利技術利用半固態擠壓成形中液相與固相偏析和分離的特征，制備加工高性能薄壁復雜形狀高Si鋁合金電子封裝殼體。成形腔設計在擠壓模具凹模腔的底部邊緣水平方向，可以保證在垂直方向擠壓時漿料在水平方向產生偏析和分離。【專利說明】
本專利技術屬于電子封裝生產
，特別是提供了一種用半固態技術制備高Si招合金封裝外殼成形工藝。
技術介紹
現代科學技術的進步對材料科學與工程技術的要求日益提高，開發新型高性能結構材料以及其先進加工技術已經成為廣大高科技企業需要迫切解決的問題，這一現象在電子封裝領域體現得更為明顯。航空航天、電子通信的飛速發展要求電子元器件能夠具有更高的集成度、更快的運行速度和更大的容量，從而使得電子器件和電子裝置中元器件的復雜性和密集性日益提高，這必然會導致電路發熱量提高、工作溫度上升，而穩定性下降。據計算，在半導體器件中，溫度每升高18°C，失效的可能性就增加2-3倍。目前，電子封裝殼體結構件主要通過用粉末注射法(SiC預制坯+液態金屬熔滲)制備加工。由于該方法存在工藝路線長、加工成本高、氣密性差、規模化生產能力弱等缺點，使SiC/鋁封裝殼體一直未實現實際應用。長期以來探索高性能、特別是具有高熱導率和低熱膨脹系數特點的薄壁復雜形狀封裝殼體結構件的短流程、近終型加工技術已成為電子信息行業迫切需要解決的問題。如何找到一種巧妙的成形方法已成為廣大科學家和工程師一項極具創造性和挑戰性的工作。目前，問題的主要瓶頸是如何制備出新型電子封裝材料并提出短流程、近凈成形且易于控制的材料成形工藝。另一方面，為盡快扭轉在我國經濟建設中占有重要地位的材料加工行業的高能耗、重污染和低性價比，提高產品質量，減輕環境污染，增強其國際競爭力，迫切需要從冶金材料科學發展前沿出發，突破傳統的冶金及加工工藝理論和概念，利用高新技術對材料加工及控制技術進行新的工藝探索，實現生產過程的短流程、低能耗和高質量。20世紀70年代初期半固態加工技術的出現無疑為解決上述問題帶來了希望。目前國內外所做的研究工作大部分都是通過采用半固態成形技術加工汽車、摩托車等零件。用于筆記本、手機殼體等為代表的3C產品主要是鎂合金材料。在對半固態壓鑄時漿料流動行為的研究過程中(固相分數約50%)，德國亞琢工業大學(RWTH-Aachen)的半固態研究中心曾專門設計了一個T形狀漿料充填裝置。根據其研究結果，半固態漿料流動形式可分為紊流、過渡過程和層流(turbulent, transient and laminar)。其根本形式取決于漿料充填速度、凝固過程中的溫度和壓力，并可使用非牛頓流體的雙相模型對半固態漿料流動形式進行模擬。此外還有一個重要的發現:半固態漿料在充填過程中極易產生液相和固相的偏析和分離，其偏析和分離的程度取決于漿料充填速度、凝固過程中的溫度和壓力。在半固態A356鋁合金的漿料充填研究過程中，本專利 申請人:曾專門設計了不同的模具對漿料的充填狀況進行研究，結果發現，半固態漿料在模腔的充填過程中極易產生液相和固相的偏析和分離現象，其嚴重程度與模具型腔的形狀、結構以及漿料充填的速度、溫度和壓力等有關。一般認為，半固態成形過程中液相與固相偏析和分離會導致成形件中成份組織分布不均，從而產生組織性能和力學性能分布不均，對使用性能產生不利影響。在高Si鋁合金半固態觸變擠壓成形中，通過對成形件部分區域的顯微組織觀察發現，Si顆粒分布密度隨著半固態漿料充填行程的不斷增加呈不斷上升的趨勢，這與半固態成形中液相流動及分布規律一致。其根本的原因是由于在半固態漿料中Si顆粒主要分布于以b-共晶相存在的液相中的緣故，在隨后的半固態擠壓成形中Si顆粒隨著液相流動到零件的邊部或頂部，因而其體積分布規律與液相分數規律一致。這表明，Si顆粒體積分數的提高可以通過對液相分數分布規律進行控制來實現，也就是可用低Si體積分數的鋁合金通過半固態擠壓成形得到高Si體積分數的電子封裝殼體結構件，從而降低熱膨脹系數。實現把半固態成形中液相與固相偏析和分離的不利因素轉化為制備與成形高Si體積分數電子封裝殼體時的有利因素。此外，高硅鋁合金導熱性能良好，密度低，約為2.3?2.5 g/cm3，比SiC顆粒增強的鋁基復合材料還輕20%左右，原材料來源豐富，成本低廉，易于加工和表面處理(易電鍍)，且環境友好并可回收再生利用的優點，非常適合在軍工和航空航天大功率混合電路元器件封裝殼體結構件上使用。實際上，金屬(復合)材料以及超導材料的導熱、導電性能除了與(復合)材料本身成份結構相關外，與其加工過程中形成的形變織構有很重要的關系。目前國內外對SiC預制坯的Al液或Cu液潤浸法仍是走傳統鑄造成型的道路，所得到的復合材料顯微組織中無明顯形變織構，也就是說，所制備加工的電子封裝殼體是各向同性。在清華大學超導研究中心，對陶瓷材料和銀金屬制成的B1-系高溫超導材料研究表明，陶瓷金屬基復合材料中存在明顯織構的地方，其導電導熱性能會成十倍的增加。而形變織構的形成必須通過金屬塑性成形的方法獲得。在半固態擠壓成形過程中，漿料是在一定的壓力下由模具擠入模腔，其中的a-相在充填過程中會被拉長，形成與充填方向相一致的有利織構。目前薄壁復雜電子封裝殼體零件主要使用鋁基或銅基復合材料，如SiC/Al、SiC/Cu、Al/S1、Mo/Cu、W/ Cu以及Invar、Kovar等合金。使用Kovar合金時可采用沖壓技術加工而成，使用Mo/Cu、ff/ Cu時可采用粉末成形(機械合金化+粉末注射)技術加工而成，使用SiC/Al、SiC/Cu時可采用粉末冶金法(SiC預制坯+融熔金屬浸潤法)加工而成。而Cu和Al雖導熱性好，但熱膨脹系數過大，為降低熱膨脹系數通常采用提高SiC顆粒體積分數的辦法，然而采用粉末冶金法制備高SiC顆粒體積分數電子封裝殼體的方法存在加工路線長、成本高、氣密性差等缺點，有許多關鍵技術沒有解決。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種能克服用粉末注射法制備高SiC體積分數復合材料電子封裝殼體存在的加工路線長、生產成本高等問題的高硅鋁合金封裝外殼半固態成形方法。本專利技術包括以下步驟: 1)將塊狀A356鋁合金加熱熔化后保溫靜置20?30分鐘； 2)攪拌條件下，向保溫靜置后的鋁合金液加入體積分數為10%?24%的Si顆粒；然后冷卻后，可得到Si含量為16%?30%的鋁合金半固態坯料； 3)將半固態漿料輸送到模具中連續擠壓成形；成形腔設計在擠壓模具凹模腔的底部邊緣水平方向。本專利技術利用半固態技術制備低熱膨脹、高導熱高Si鋁合金電子封裝外殼工藝，克服用粉末注射法制備高SiC體積分數復合材料電子封裝殼體存在的加工路線長、生產成本高等問題，利用半固態擠壓成形中液相與固相偏析和分離的特征，制備加工高性能薄壁復雜形狀高Si鋁合金電子封裝殼體。成形腔設計在擠壓模具凹模腔的底部邊緣水平方向，可以保證在垂直方向擠壓時漿料在水平方向產生偏本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高硅鋁合金封裝外殼半固態的連續成形方法，其特征在于包括以下步驟：1）將塊狀A356鋁合金加熱熔化后保溫靜置20～30分鐘；2）攪拌條件下，向保溫靜置后的鋁合金液加入體積分數為10%～24%的Si顆粒；然后冷卻得到鋁合金半固態坯料；3）將半固態漿料輸送到模具中連續擠壓成形；成形腔設計在擠壓模具凹模腔的底部邊緣水平方向。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王開坤，王雷剛，孟健，尹飛，劉孝娟，呂恒林，仇世偉，
申請(專利權)人：揚州宏福鋁業有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32