無壓浸滲法制備β-SiCp-Al電子封裝材料工藝與性能研究.pdf

1、β-SiCp/Al復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱、低膨脹、高模量、高化學(xué)穩(wěn)定性、低密度等優(yōu)異的性能，在電子封裝領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于無壓浸滲技術(shù)具有成本低、工藝簡便、便于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，常用于制備高體積分?jǐn)?shù)的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，因此本文在常壓空氣氣氛中采用無壓浸滲法制各高SiC顆粒體積分?jǐn)?shù)的β-SiCP/Al電子封裝材料。 采用50μm、5μm的單顆粒以及兩者組成的雙顆粒配比法，經(jīng)冷壓成型得到預(yù)制體，并通過沸煮法測得體積率，表明雙顆

2、粒配比可以有效提高β-SiCP/Al的體積分?jǐn)?shù)；在30Mpa壓力下，對(duì)不同粗細(xì)顆粒配比的SiC預(yù)制體體積率進(jìn)行測試，結(jié)果表明：隨著粗顆粒含量的增加SiC體積率先增后降，當(dāng)粗細(xì)顆粒質(zhì)量比為3：1時(shí)SiC體積率可達(dá)最大值72％，且β-SiCp/Al電子封裝材料的體積分?jǐn)?shù)可以在51～72％之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。 通過對(duì)SiC表面進(jìn)行預(yù)處理(高溫氧化法和表面涂覆法)、在合金中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Mg作為活性劑、在預(yù)制體中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的助滲劑等

3、方法來探索其對(duì)Al和SiC的潤濕性及浸滲過程的影響。實(shí)驗(yàn)表明，高溫氧化與表面涂覆硅溶膠均可提高SiC顆粒與熔融鋁液之間的潤濕性，增加基體合金中的Mg元素含量可以提高浸滲速度并縮短孕育期，研究發(fā)現(xiàn)熔融金屬液中Mg元素含量的最佳值為6.3％，在預(yù)制體中添加15％的助滲劑可以改善浸滲效果。 通過掃描電鏡能譜分析、XRD相分析，研究界面元素富集狀況以及界面反應(yīng)情況，研究表明β-SiCp/Al電子封裝材料主要富集Mg、Si、N元素；β-S

4、iCp/Al電子封裝材料界面反應(yīng)受控于反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、以及合金中Mg元素的含量。 采用機(jī)械杠桿儀法測試了復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。測試表明，SiC體積率66％的β-SiCp/Al電子封裝材料比其他文獻(xiàn)α-SiCp/Al電子封裝材料具有更低的工程熱膨脹系數(shù)，30℃～150℃的工程CTE為3.25×10-6·K-1，30～500℃的工程CTE為6.11×10-6·K-1。且隨著SiC顆粒體積率的增加而降低，單顆粒尺寸的β-SiCp/

5、Al電子封裝材料CTE隨著SiC顆粒尺寸的減小而減小。而β-SiCp/Al電子封裝材料的熱導(dǎo)率隨著顆粒尺寸的減小也減小，隨著致密度的增大而增大。 經(jīng)過表面處理的增強(qiáng)體為5μm和5μm的近球形的SiC顆粒、基體為Mg含量6.3％的鋁合金的β-SiCp/Al復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合熱物理性能：其在30～500℃時(shí)的平均熱膨脹系數(shù)為6.11×10-6·K-1，100℃時(shí)熱導(dǎo)率為154.2 W·m-1·K-1，可以滿足新一代大功率電子器件