快速凝固硅铝合金材料的组织与性能

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1、万方数据第39卷2010年第9期9月稀有金属材料与工程RAREMETALMATERlALSANDENOn叮EERING、，ol_39．NO．9S印吒ember2010快速凝固硅铝合金材料的组织与性能李志辉1，张永安1，熊柏青1，朱宝宏1，刘红伟1，王锋1，魏衍广1，张济山2(1．北京有色金属研究总院，北京l00088)(2．北京科技大学，北京l00083)摘要：针对电子信息工业对新型结构功能一体化电子封装材料的应用需求，采用喷射成形与热压致密化相结合的方法制备高si含量(质量分数为50％一70％Si)的系列Si—Al合金，并利用金相显微镜、扫描电镜、硬度测试仪、热膨胀仪等手段研究该材料的显微组

2、织、力学性能和热物理性能。结果表明，喷射成形高硅铝合金的沉积态显微组织细小弥散，初生硅呈不规则形状，均匀弥散地分布在铝基体中；对沉积坯件进行适当的热压致密化处理可以有效地消减喷射成形制坯工艺过程中所形成的疏松和孔洞，提高材料的致密度。经热压致密化处理的喷射成形高硅铝合金材料具有优越的热物理性能以及良好的力学性能，是一种综合性能优越的结构功能一体化电子封装材料。关键词：快速凝固；硅铝合金：电子封装；组织；性能中图法分类号：1’G132．1+1：TG454文献标识码：A文章编号：1002．185x(20lO)09．1659．05电子封装技术是伴随着微电子技术的发展而发展起来的，电子封装的主要作用是

3、为精细电子线路提供机械支撑以及作为导电连接介质，在微电子技术的发展中占有不可或缺的重要地位【1埘。近年来，微电子技术的迅速发展对电子封装材料的性能提出了更高的要求【34】。热膨胀、散热和轻量化是发展现代电子封装材料所必须考虑的3大基本要素，理想的先进电子封装材料应该与砷化镓和硅等典型半导体材料相匹配，或具有略高的热膨胀系数(<7×10币～9×10。6／K)、高的热传导率(>looW／m·K)和低密度(<3g／cm3)。此外，还应具有合理的刚度(>100GPa)，可以为对机械作用敏感的部件和基板提供足够的机械支撑。它还应具备易于进行精密加工成形、可电镀涂装以及可焊接等其他封装工艺性能【6】。传统

4、封装材料，如Inv盯，Kovar，BeO等因其本身性能的局限性将难以满足现代电子信息工业对封装材料的高档化和高可靠性的发展需求。硅铝合金已被证明是一个综合性能满足先进电子封装要求的材料体系【7】。一般来说，硅铝合金是Si元素含量在50％以上、与A1元素共同构成的假合金材料。含硅量较低的Si．Al合金是可以进行熔化铸造成形的，但是。在所感兴趣的成分范围内(50％～90％Si)，Si．Al合金铸态显微组织主要由粗大的、孤立的、多面化的和高纵横比的一次Si晶体组成，这将有害于力学性能和可加工性，难以满足电子封装的应用要求。快速凝固技术因可以形成细小、各向同性的显微组织而成为解决上述问题主要途径。近年

5、来，有关高硅铝合金快速凝固制备技术的研究引起广泛关注【扣14】。本研究采用快速凝固／喷射成形技术制备高si含量(50％～70％Si)的系列Si．Al合金坯料，研究硅铝合金在整个制备加工过程中微观组织的演变规律，并系统测试评价新型喷射成形高硅铝合金的热物理性能与机械特性，旨在为电子封装用新型结构功能一体化硅铝材料的开发应用奠定实验基础和理论依据。1实验所用原料选用工业纯铝和工业纯硅(纯度大于99．7％)，熔炼的合金为si．40％Al和Si．30％Al，喷射成形试验在真空高温喷射成形设备中进行，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，雾化气体为高纯氮气，雾化喷嘴与沉积坯件接收系统配合方式为直喷斜拉，倾斜角度

6、为30～350，偏心距为20～40mm，接收距离为500~700mm，金属熔体温度为165¨1700K，雾化气体压力控制为0．45~0．6MPa，导流管直径为3．8一．5mm。对喷射成形硅铝合金沉积坯件进行合适的热压致密化处理，热压试验在真空热压炉中进行，热压致密化温度为(570士3)℃，压强为250MPa，热压时间为4h。收稿日期：2009．09．07基金项目：国家“863”高技术研究发展计划项目(2007AA032515)资助作者简介：李志辉，男，1980年生，博士，高级工程师，北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京lo0088，电话：010-8224116l，Bmi

7、l：Lzh@g血衄．姗万方数据·1660·稀有金属材料与工程第39卷在热压致密化后的坯料上切取试样块并机加工成各种规格的检测样品。材料的热膨胀系数在Fomastor-Digital试验机上测量。抗弯强度测试在MTS．810型拉伸试验机上进行。硬度测试在HBS．62．5型数显布氏硬度仪上进行。密度测量采用排水法。材料的显微组织观察在NEOPHOT-2型光学显微镜和CAMBRJDGE．2型扫描电镜上进