1。2高硅铝合金的制备方法

传统的制备高硅铝合金的方法有熔炼铸造法、快速凝固粉末冶金法等，制备性能优良的高硅铝合金目前基本采用的是喷射成型法来制备。

（1）熔炼铸造法

这是制造大多数的合金中运用最为多的方法，由于其所需要的设备、技术要求比较低，适用于产业化的生产；对于运用此方法生产高硅铝合金材料，因为容易导致粗大硅晶粒的出现故而对于控制其晶粒的大小要求便比较重要，同时也是限制生产更高性能的硅铝合金的因素。

（2）快速凝固粉末冶金法

与常规的熔炼铸造法相比，快速凝固粉末冶金法有更快的冷却速度，合金在凝固的时候有较铸造法更大的过冷度，而过冷度较大易于晶核的产生，所以在凝固中可以产生更多的晶核而能起到细化硅晶粒和细化组织的效果；这一方法在90年代的时候发展到了最顶峰，全球许许多多的国家都投入到这一领域的研究中，但是获得的硅含量仍然处在30%-40%左右。论文网

（3）喷射成型法

喷射成型法是一种综合了快速冷凝技术、半固态加工和近终形加工技术为一体的工艺。其中基本原理如下：将合金在电磁感应炉中加热至高温，呈熔体态，熔体经过感应炉的导流管流出后预先设置的被高压、高动量的惰性气体冲击，破碎雾化成一定颗粒细小固态、半固态和液态颗粒分布的射流,射流在高速气体的作用下沿喷嘴轴线旋转的接收基板运动，并与气流之间进行热交换冷却,再在基板上快速冷却，在其表面附着、堆积、铺展、融合并凝固得到所需的喷射成型胚体，所得胚体的组织致密细小[2]。

传统方法所制备的高硅铝合金易形成粗大块状或者板条状初晶硅相和针状共晶组织，硅相在基体中的分布也极不均匀。硅相本身脆性较大，导致粗大的硅相在后续的加工处理中易产生细小的裂纹，在服役过程中扩展称为宽的裂纹，因此粗大硅相的存在导致材料的力学性能较差，并且随着合金总硅含量的增大，这一现象更为明显，同时传统的制造工艺本身存在着局限，很难制备出硅含量较高的硅铝合金。故传统制备的这些缺陷使得这一材料的运用不是很广泛。因此，要想制备出性能较优良的硅铝合金，就得试图去通过人为的调整以改变合金中硅和铝两项的分布状态、形态、硅相的大小等才能够满足于目前对电子封装材料的要求。在过去的时间里，利用先进的技术去带动新型材料的发展也是数不胜数，新型的材料又同时推动着技术和设备的发展，因此研究出制备高硅铝合金的工艺技术和设备已成为了世界材料领域的研究热点。国外公司Osprey首先使用喷射成型法制备出了高硅铝合金，这打破了原先传统制备的限制，制得试样如图1-1。喷射沉积所用工艺流程适度降低了硅铝合金的生产成本，同时也显著减小了高硅铝合金材料中晶粒的尺寸，特别是硅晶粒的尺寸。又细化了其微观组织，能够很好的减少偏析的出现并能保证制备的合金纯度高等优点。这就解决了在传统制备工艺（如熔炼冶金、快速凝固粉末冶金）下无法获得的理想成分、组织、结构和性能的高硅铝合金的一些问题。喷射成型所得的高硅铝合金和传统铸造成型所得的合金微观组织的对比如图1-2，可以看到喷射成型所生产的高硅铝合金在晶粒和硅相方面明显较传统的方法所制备的高硅铝合金均匀细小。

图1-1：喷射热压成型70%Si-Al合金标本

图1-2：喷射成型和铸造成型获得70%Si-Al（a）喷射成型（b）普通铸造

1。3高硅铝合金的性能

芯片中的电子元器件在其正常工作过程中随着器件中电路电流的变化等其他因素必然会导致元器件中温度的变化。在这个变化过程中，各个元器件的连接点、焊点、封装材料和元器件之间变回产生一种由于温度变化而引起的热应力，这一热应力的存在就很可能会导致连接点的失效以至于电子元器件的失效。而这种热应力便是由于热胀冷缩的原因所致，若连接点出各材料的膨胀系数差别较大，那么在温度变化过程中变形差别也就更大，严重的话导致连接点的失效。所以，热膨胀系数对于电子封装中特别重要的参数。若用于封装的各个材料和电子元器件、芯片等之间热膨胀系数相差较小即匹配良好，这便可在温度变化的周期中显著降低热应力带来的失效的影响。这就要求封装时候所用的材料要和一些在芯片中用到较多的材料所匹配，如和典型的半导体材料硅、砷化镓等相匹配。但是，如果相差较大那么电子元器件在工作时候产生的热应力将会破坏器件之间的互连，阻碍信号的传递等，同时使结构也会发生变形，降低器件工作的稳定性。其中高硅铝合金的热膨胀系数与合金中硅相有决定性关系，我们可以通过控制合金中所加入的硅的含量来控制材料的热膨胀系数，其热膨胀系数是随着硅含量的增加而减小的，但当硅含量达到70%时，则不再随硅含量增加而减少。Osprey公司在已有试验基础上利用喷射成型制备高硅铝合金的工艺和后续加工技术研发出了一系列可以通过控制合金中硅含量来控制热膨胀性能的高硅铝合金的电子封装材料[3]，其材料的属性如图1-3所示：