電子封裝用鋁基復合材料的研制.pdf

1、電子封裝領域要求材料有高的熱導率和低的熱膨脹系數(shù),同時還要有良好的機械強度和相對低的密度,以滿足封裝需求。金屬基復合材料能夠通過調節(jié)增強體種類和體積分數(shù),來調節(jié)其性能。本文主要通過研究制備高體積分數(shù)的SiC/Al和Diamond/Al復合材料,來進行對電子封裝用鋁基復合材料的探索研究。
　　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行碳化硅預制件的制備,通過對凝膠注模工藝的優(yōu)化,制備出體積分數(shù)

2、達到60％的碳化硅預制件,且素坯中碳化硅顆粒分布均勻,質量良好,燒結后碳化硅預制件尺寸穩(wěn)定,機械強度滿足后續(xù)加工和浸滲要求。最終制備了碳化硅體積分數(shù)為60%、55%、50%的預制件。
　　復合材料的制備采用真空壓力浸滲法,參數(shù)為鋁液溫度750℃,預制件保溫溫度680℃,浸滲壓力10Mpa氮氣壓,最終試樣隨爐冷卻。最終制備體積分數(shù)為60%、55%、50%的SiC/Al(AC4C)復合材料,以及體積分數(shù)為40%的Diamond/Al(

3、純度99.99%)復合材料(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)。
　　實驗制備的 SiC/Al復合材料顆粒分布均勻,界面結合良好,界面結合層厚度在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;復合材料力學性能良好,其中體積分數(shù)55%的SiC/Al復合材料彎曲強度最高,達到301.63MPa;熱膨脹系數(shù)隨體積分數(shù)的增加而降低

4、,體積分數(shù)60%、55%、50%SiC/Al復合材料對應 CTE值為8.99、9.5、10.04×10-6K-1(30℃-150℃);熱導率隨體積分數(shù)的增加而增加,最高體積分數(shù)60%的復合材料對應熱導率133W/m?K。用來對照的摻有β-SiC的復合材料除了在熱導率方面稍微領先一點,熱膨脹性能和力學性能都不如摻有α-SiC的復合材料。
　　制備的Diamond/Al復合材料界面結合弱,復合材料致密度不高,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)面和鋁容易結合,且結合牢固;在相同體積分數(shù)情況下,Diamond/Al復合材料的熱導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,這是因為大顆粒金剛石界面較少,界面的存在會降低熱導率,阻礙復合材料熱膨脹。其中 MBD4等級的Diamond/Al復合材料熱導率最高,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,這是因為MBD4等級金剛石(1