一種芯片集成單元的制備方法技術

一種芯片集成單元的制備方法，包括：1.采用攪拌法制備復合材料漿料并將其加熱；2.將型芯擺放在鑄型內，和鑄型一起預熱后安裝在離心鑄造機上；3.開啟離心鑄造機并進行澆注，澆注完畢后，開啟電磁場發生器，進行毛坯成形，成形完畢后，關閉離心鑄造機與電磁場發生器，取出鑄件并切割，形成電子封裝零件毛坯；4.將單個零件毛坯切開并去除芯型，然后進行機械加工獲得電子封裝零件；5.將電子芯片裝入封裝零件，同時將數據線從引線孔引出，然后將兩個矩形電子封裝零件裝配在一起形成芯片集成單元。使用本方法制得的增強顆粒無顆粒團出現，顆料分布均勻，無夾渣氣孔。從而制得的芯片集成單元具有導熱性良好、密度低、熱穩定性高等特點。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】，包括：1.采用攪拌法制備復合材料漿料并將其加熱；2.將型芯擺放在鑄型內，和鑄型一起預熱后安裝在離心鑄造機上；3.開啟離心鑄造機并進行澆注，澆注完畢后，開啟電磁場發生器，進行毛坯成形，成形完畢后，關閉離心鑄造機與電磁場發生器，取出鑄件并切割，形成電子封裝零件毛坯；4.將單個零件毛坯切開并去除芯型，然后進行機械加工獲得電子封裝零件；5.將電子芯片裝入封裝零件，同時將數據線從引線孔引出，然后將兩個矩形電子封裝零件裝配在一起形成芯片集成單元。使用本方法制得的增強顆粒無顆粒團出現，顆料分布均勻，無夾渣氣孔。從而制得的芯片集成單元具有導熱性良好、密度低、熱穩定性高等特點。【專利說明】
本專利技術涉及。
技術介紹
隨著信息技術的高速發展，電子器件中的芯片集成度越來越高，功率越來越大，對封裝材料的散熱性要求也越來越高。目前，工程實踐中廣泛應用的W-Cu合金為第二代電子封裝材料。采用W-Cu合金制備電子封裝零件，工藝成熟，線膨脹系數(5.9 — 10X10_6K)低，和半導體芯片匹配性較好。但是，其導熱系數(150— 220W/mK)較低，散熱能力差，不適合大功率電子設備的應用；并且，其密度(15-17g/cm3)大，在一些對密度敏感的領域很難得到應用，比如航空航天、便攜式電子儀器等領域。除此之外，W和Cu自身的價格高，導致后續加工和應用成本偏高。自上世紀90年代以來，伴隨著各種高密度封裝技術的出現，研究發展電子器件封裝用的高導熱、低膨脹、低密度金屬基復合材料零件與成形技術就成為該領域的熱點。在對眾多電子封裝用的金屬基復合材料研究中，SiC顆粒增強的鋁基復合材料以其優良的性能成為最有望替代W-Cu合金的第三代電子封裝材料。SiC顆粒增強的鋁復合材料具有密度低(密度:2.8—3.lg/cm3)、導熱性好(導熱系數240—480W/mK)、熱穩定性高(線膨脹系數:6 — 15X10_6K)等特點。已見報道的采用SiC顆粒增強鋁復合材料制備電子封裝零件的技術，主要有粉末冶金法、預制坯法、液態浸滲法、離心鑄造法等。其中，離心鑄造法制備工藝最為簡單，并適合大規模生產，成本低。采用離心鑄造法制備SiC顆粒增強的鋁基復合材料電子封裝零件，其原理是利用SiC與鋁液的密度差，通過離心力的作用將密度大于鋁液的顆粒偏聚到電子封裝零件的毛坯型腔中，形成高體積分數的顆粒增強復合材料零件。采用該方法，可以SiC顆粒體積分數可以達到40% — 75%，并且，可以根據需要，通過合理配置復合材料漿料和控制離心轉速方便的對顆粒的體積分數進行設計與控制。在離心成形的同時，密度小于鋁液的夾渣和氣泡會相與顆粒運動相反的方向偏聚，從而確保了材料的潔凈。但是，該方法也有一嚴重不足之處，就是SiC顆粒的團聚現象。顆粒團的存在，減小了顆粒與鋁基體的接觸面積，從而降低了其導熱性與熱穩定性。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供，該方法制得的封裝零件導熱性良好、密度低、熱穩定性高。本專利技術的矩形電子封裝零件的制備方法，具體包括以下步驟:步驟I，采用攪拌法制備復合材料漿料并將復合材料漿料加熱；步驟2，將型芯擺放在鑄型內，并和鑄型一起預熱后安裝在離心鑄造機上；步驟3，開啟離心鑄造機并進行澆注，澆注完畢后，開啟電磁場發生器產生磁場，進行毛坯成形，成形完畢后，關閉離心鑄造機與電磁場發生器，取出鑄件并切割，形成電子封裝零件毛坯；步驟4，將單個零件毛坯切開并去除芯型，然后進行機械加工獲得兩個具有引線孔的矩形電子封裝零件；步驟5，將電子芯片裝入封裝零件，同時將數據線從引線孔引出，然后將兩個矩形電子封裝零件裝配在一起形成芯片集成單元。進一步，所述步驟I中復合材料漿料選用Al-Si系合金為基體合金，增強顆粒為SiC顆粒。進一步,所述SiC顆粒的粒徑在5—80 μ m之間。進一步，所述SiC顆粒的體積分數為復合材料漿料的20%_40%。進一步，所述步驟3中磁場的方向與離心鑄型軸線方向垂直或者平行。進一步,所述磁場的強度為0.01?0.5T。進一步，所述鑄型由不導磁材料構成。進一步，所述鑄型的預熱溫度為300_450°C。進一步，所述復合材料漿料加熱的溫度為680_780°C。進一步,所述步驟3中離心鑄造機的轉速為1000_4000r/min。本專利技術的有益效果在于:本專利技術中，復合材料漿料在電磁離心復合場中，由于鑄型與已凝固的鋁復合材料均為非導磁性材料，因此它不受電磁力的影響，仍以設定速度旋轉。而熔體切割磁力線時，會受到反向于鑄型旋轉方向的電磁力，導致熔體的旋轉速度低于鑄型。在這種受力情況下，當凝固前沿從外層向內層移動的過程中，就會受到熔體的反復沖刷，從而將處于凝固前沿處的顆粒團打散，并使之均勻分布于外層。使用本方法制得的增強顆粒無顆粒團出現，顆料分布均勻，無夾渣與氣孔。從而制得的芯片集成單元具有導熱性良好、密度低、熱穩定性高等特點?！緦＠綀D】【附圖說明】下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步描述；圖1為離心鑄造成形SiC顆粒增強鋁復合材料電子封裝零件過程中顆粒團的形成示意圖；圖2為電磁離心鑄造成形SiC顆粒增強鋁復合材料電子封裝零件的鑄型結構圖；圖3為型芯擺放示意圖；圖4為電磁離心鑄造成形過程中顆粒團的細化原理圖；圖5為電磁離心鑄造成形后單個電子封裝零件毛坯圖；圖6為電磁離心鑄造成形后單個電子封裝零件毛坯B-B面剖視圖；圖7為機械加工后半邊芯片集成單兀結構圖(王視圖)；圖8為機械加工后半邊芯片集成單元結構圖(俯視圖)。其中顆粒團1，凝固部分2，顆粒3，夾渣、氣泡4，鑄型5，型腔6，型芯7，裝配孔8，引線孔9A4表不電磁力方向A3表不鑄型旋轉方向BI表不電磁場方向【具體實施方式】以下將參照附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述。圖1揭示了離心成形原理而導致的團聚現象(圖中的箭頭代表各自的運動方向)。顆粒3運動至外層后，受凝固部分2前沿所限，其運動速度會越來越小，并最終停留在外層某一位置，而此時后續的顆粒仍在向外層聚集，因此，隨外層顆粒體積分數的提高，必然會出現顆粒的團聚，形成顆粒團I。圖2所示，鑄型包括上模、下模、型芯和定位銷構成。外力保證增強顆粒能夠在毛坯零件型腔中聚集，型芯放置于型腔外層。圖3為型芯在型腔中的分布。從圖3可以看出，在實際生產中，可以根據需要，合理設計毛坯型腔的個數，來提高生產效率。鑄型材料為非導磁性材料，可以選用不銹鋼、銅合金、石墨等材質。圖4為電磁離心鑄造成形過程中顆粒團的細化原理圖(圖中的箭頭代表各自的運動方向)。它的成形原理與單一離心鑄造成形相一致，即密度大于鋁液的SiC相外部型腔6，密度小于鋁液的夾渣、氣泡4向內部型腔。與單一離心鑄造成形不同之處是，電磁離心成形可以有效細化顆粒團。如圖4所示，在電磁離心復合場中，由于鑄型5與已凝固的鋁復合材料均為非導磁性材料，因此它不受電磁力的影響，仍以設定速度旋轉。而熔體切割磁力線時，會受到反向于鑄型旋轉方向A3的電磁力，導致熔體的旋轉速度低于鑄型。在這種受力情況下，當凝固前沿從外層向內層移動的過程中，就會受到熔體的反復沖刷，從而將處于凝固前沿處的顆粒團打散，并使之均勻分布于外層。實施例1:原料:SiC顆粒粒徑為60-80 μ m，基體為Al-Si系合金，SiC顆粒的體積分數為20%。步驟1，首先采用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種芯片集成單元的制備方法，其特征在于：具體包括以下步驟：步驟1，采用攪拌法制備復合材料漿料并將復合材料漿料加熱；步驟2，將型芯擺放在鑄型內，并和鑄型一起預熱后安裝在離心鑄造機上；步驟3，開啟離心鑄造機并進行澆注，澆注完畢后，開啟電磁場發生器產生電磁場，進行毛坯成形，成形完畢后，關閉離心鑄造機與電磁場發生器，取出鑄件并切割，形成電子封裝零件毛坯；步驟4，將單個零件毛坯切開并去除芯型，然后進行機械加工獲得兩個具有引線孔的矩形電子封裝零件；步驟5，將電子芯片裝入封裝零件，同時將數據線從引線孔引出，然后將兩個矩形電子封裝零件裝配在一起形成芯片集成單元。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：翟彥博，鄭應彬，馬永昌，馬秀騰，劉軍，
申請(專利權)人：西南大學，
類型：發明
國別省市：