電子封裝用可控?zé)崤蛎洀?fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、負(fù)熱膨脹(Negative thermal expansion簡(jiǎn)稱NTE)材料是近年來興起的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其中的ZrW2O8由于負(fù)熱膨脹溫度范圍寬(-273～777℃)、熱膨脹系數(shù)小(-8.9×10-6K-1)且各向同性而備受關(guān)注。該材料及其復(fù)合材料在微電子、微機(jī)械、光學(xué)、醫(yī)用材料、低溫傳感器、熱電偶及同常生活等方面有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。 根據(jù)ZrW2O8常溫下亞穩(wěn)態(tài)、在770℃分解的特性，選擇其與環(huán)氧樹脂、ZrO2、Cu復(fù)合制

2、備可控?zé)崤蛎涬娮臃庋b用復(fù)合材料，并對(duì)所制備復(fù)合材性能作了基礎(chǔ)性探討。 采用固相化學(xué)分步法合成了粒徑介于0.5～1μm、平均線膨脹系數(shù)為-5.33×10-6/K的高純度ZrW2O8粉體。將ZrW2O8粉體與環(huán)氧樹脂(E-51)復(fù)合制備了電子封裝材料，采用超聲波處理能提高粉體在基體中的均勻性；增大ZrW2O8粉體在復(fù)合材料中的比例能提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、降低線膨脹系數(shù)與介質(zhì)損耗、但介電常數(shù)增加；阻溫特性表明在室溫～163℃范圍內(nèi)，E-

3、51/ZrW2O8復(fù)合材料的電阻率穩(wěn)定在3.03×106Ω·m；室溫下，封裝材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)均大于10KV/m，滿足于微電子器件封裝材料的實(shí)際應(yīng)用。 E-51/ZrW2O8封裝材料的拉伸、彎曲強(qiáng)度、顯微硬度隨ZrW2O8含量得到增加而增大，當(dāng)E-51：ZrW2O8=1：1時(shí)封裝材料的拉伸、彎曲強(qiáng)度分別達(dá)到99MPa、158MPa，而顯微硬度則在E-51：ZrW2O8=1：0.7時(shí)達(dá)到了最佳；所制備的封裝材料耐濕性較好。 以

4、分析純ZrO2、WO3為原料，采用分步焙燒—原位反應(yīng)固相法合成不同比例ZrO2-ZrW2O8復(fù)合材料，此法能在1125～1200℃之間經(jīng)6小時(shí)燒結(jié)合成高純度ZrO2/ZrW2O8復(fù)合材料。與直接原位反應(yīng)固相法相比，降低了合成溫度和反應(yīng)時(shí)間，減小樣品的顆粒尺寸。當(dāng)復(fù)合材料中含25wt％ZrW2O8時(shí)，在30～600℃的平均熱膨脹系數(shù)為0.2153×10-6K-1，近似為零。添加0.5wt％Al2O3可以提高ZrO2/25wt％ZrW2O8

5、復(fù)合材料的致密度，達(dá)到理論致密度的96.1％。以分析純[Zro(NO3)2·5H2O]和[H40N10O41W12·xH2O]為原料，采用化學(xué)共沉淀法合成不同比例的ZrO2/ZrW2O8復(fù)合材料，此法在1150℃燒結(jié)2h得到結(jié)晶完全、顆粒細(xì)小的ZrO2/ZrW2O8復(fù)合材料，且有效提高兩物相混合均勻度和樣品的致密度。隨著燒結(jié)時(shí)間的延長，ZrO2/ZrW2O8陶瓷的結(jié)晶越來越致密化，但顆粒相應(yīng)增大。隨著ZrW2O8質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，復(fù)合材料的

6、熱膨脹系數(shù)減小，其中ZrO2/26wt％ZrW2O8復(fù)合材料在30～600℃的平均熱膨脹系數(shù)為—0.5897×10—6K—1，近似為零。添加0.3wt％Al(NO3)3·9H2O使得ZrO2/26wt％ZrW2O8復(fù)合材料致密度提高到理論致密度的98.67％。Al2O3促進(jìn)燒結(jié)的機(jī)理可以歸結(jié)于晶界形成的低熔點(diǎn)液相物質(zhì)Al2(WO4)3，起著消除氣孔促進(jìn)致密化的作用。 固相法和化學(xué)共沉淀法合成的近零膨脹ZrO2/ZrW2O8復(fù)合材

7、料的介電常數(shù)≥11.61，其介電損耗正切值在10-2～10—1之間，維氏硬度≥453HV，加入適量燒結(jié)助劑后可以提高復(fù)合材料的性能。機(jī)械混合法制備的ZrO2/ZrW2O8復(fù)合材料體積電阻率100～500℃內(nèi)表現(xiàn)出較強(qiáng)的電阻負(fù)溫度變化效應(yīng)，變化的幅度達(dá)到3～5個(gè)數(shù)量級(jí)；室溫下近零膨脹ZrO2/ZrW2O8復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為14.11W/q(m·K)，隨溫度的升高，導(dǎo)熱系數(shù)呈下降趨勢(shì)。 在超聲波的輔助作用下，采用化學(xué)鍍的方法在Zr

8、W2O8顆粒表面進(jìn)行金屬Cu的包覆，用X射線衍射儀(XRD)確定復(fù)合粉體的物相組成，用掃描電鏡(SEM)觀察包覆效果，通過TG—DSC技術(shù)分析復(fù)合粉體在加熱過程中的熱量和重量的變化。結(jié)果表明，在化學(xué)鍍液中添加2—2ˊ聯(lián)毗啶和亞鐵氰化鉀雙穩(wěn)定劑，顯著抑制了氧化亞銅(Cu2O)的產(chǎn)生。在pH值為12.5，硫酸銅(CuSO4·5H2O)含量為3.5g/0.2L，甲醛(HCHO)含量為2.4ml/0.2L，以及適量絡(luò)合劑穩(wěn)定劑共同作用下，ZrW

9、2O8顆粒表面均勻包覆一層納米級(jí)Cu。隨pH值，主鹽及甲醛按比例的增加，反應(yīng)速度增加，包覆在ZrW2O8顆粒表面的Cu顆粒粒徑變大。討論了渡液成分配比對(duì)鍍速、粉體增重的影響。探討了化學(xué)鍍過程中Cu2O產(chǎn)生機(jī)理及消除方法。 采用粉末冶金法制備了Cu/ZrW2O8復(fù)合材料，分析不同壓力下復(fù)合材料的物相組成，觀察了不同體積分?jǐn)?shù)復(fù)合材料的顯微組織及斷面形貌。測(cè)試了不同壓力不同體積分?jǐn)?shù)Cu/ZrW2O8復(fù)合材料的密度、致密度，結(jié)果表明：隨