電子封裝用鋁基復(fù)合材料的研制.pdf

1、電子封裝領(lǐng)域要求材料有高的熱導(dǎo)率和低的熱膨脹系數(shù),同時(shí)還要有良好的機(jī)械強(qiáng)度和相對低的密度,以滿足封裝需求。金屬基復(fù)合材料能夠通過調(diào)節(jié)增強(qiáng)體種類和體積分?jǐn)?shù),來調(diào)節(jié)其性能。本文主要通過研究制備高體積分?jǐn)?shù)的SiC/Al和Diamond/Al復(fù)合材料,來進(jìn)行對電子封裝用鋁基復(fù)合材料的探索研究。
　　通過大小兩種碳化硅顆粒(F320:＃1000=2:1)的級配,采用凝膠注模工藝進(jìn)行碳化硅預(yù)制件的制備,通過對凝膠注模工藝的優(yōu)化,制備出體積分?jǐn)?shù)

2、達(dá)到60％的碳化硅預(yù)制件,且素坯中碳化硅顆粒分布均勻,質(zhì)量良好,燒結(jié)后碳化硅預(yù)制件尺寸穩(wěn)定,機(jī)械強(qiáng)度滿足后續(xù)加工和浸滲要求。最終制備了碳化硅體積分?jǐn)?shù)為60%、55%、50%的預(yù)制件。
　　復(fù)合材料的制備采用真空壓力浸滲法,參數(shù)為鋁液溫度750℃,預(yù)制件保溫溫度680℃,浸滲壓力10Mpa氮?dú)鈮?最終試樣隨爐冷卻。最終制備體積分?jǐn)?shù)為60%、55%、50%的SiC/Al(AC4C)復(fù)合材料,以及體積分?jǐn)?shù)為40%的Diamond/Al(

3、純度99.99%)復(fù)合材料(包括35、85、135μm三種粒徑的普通研磨級金剛石和115μm MBD4等級金剛石)。
　　實(shí)驗(yàn)制備的 SiC/Al復(fù)合材料顆粒分布均勻,界面結(jié)合良好,界面結(jié)合層厚度在300nm左右,界面有少量Al4C3,界面斷裂以大顆粒碳化硅的脆斷為主,還有小顆粒周圍基體鋁的塑性斷裂;復(fù)合材料力學(xué)性能良好,其中體積分?jǐn)?shù)55%的SiC/Al復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度最高,達(dá)到301.63MPa;熱膨脹系數(shù)隨體積分?jǐn)?shù)的增加而降低

4、,體積分?jǐn)?shù)60%、55%、50%SiC/Al復(fù)合材料對應(yīng) CTE值為8.99、9.5、10.04×10-6K-1(30℃-150℃);熱導(dǎo)率隨體積分?jǐn)?shù)的增加而增加,最高體積分?jǐn)?shù)60%的復(fù)合材料對應(yīng)熱導(dǎo)率133W/m?K。用來對照的摻有β-SiC的復(fù)合材料除了在熱導(dǎo)率方面稍微領(lǐng)先一點(diǎn),熱膨脹性能和力學(xué)性能都不如摻有α-SiC的復(fù)合材料。
　　制備的Diamond/Al復(fù)合材料界面結(jié)合弱,復(fù)合材料致密度不高,界面斷裂以金剛石和鋁的脫粘

5、為主,但是 MBD4等級的金剛石(100)面和鋁容易結(jié)合,且結(jié)合牢固;在相同體積分?jǐn)?shù)情況下,Diamond/Al復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨著金剛石粒徑的增大而升高,熱膨脹系數(shù)隨著金剛石粒徑的增大而變大,這是因?yàn)榇箢w粒金剛石界面較少,界面的存在會降低熱導(dǎo)率,阻礙復(fù)合材料熱膨脹。其中 MBD4等級的Diamond/Al復(fù)合材料熱導(dǎo)率最高,為136 W/m?K,熱膨脹系數(shù)最低為6.86×10-6K-1,其綜合熱性能最好,這是因?yàn)镸BD4等級金剛石(1