無壓滲透法制備電子封裝用SiCp-Al復(fù)合材料工藝及性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代封裝技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電子封裝材料已無法滿足電子封裝越來越高的要求。SiC顆粒增強(qiáng)Al基復(fù)合材料因其高熱導(dǎo)系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)、密度小等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注，作為電子封裝材料應(yīng)用前景廣闊。
　　 本文針對(duì)采用單尺寸SiC顆粒無法獲得高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料的問題，以雙顆粒配比的SiC為原料，采用壓制成型-氧化燒結(jié)的方法制備SiC預(yù)制體，隨后在氮?dú)鈿夥罩?050℃保溫5h無壓滲透鋁合金，成功制備了高體積分?jǐn)?shù)SiCp/

2、Al復(fù)合材料，并研究了顆粒配比對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料致密度、SiC體積分?jǐn)?shù)、SiC-Al的界面形貌與成分以及復(fù)合材料的熱學(xué)性能的影響。
　　 SiC在空氣中燒結(jié)，可形成一定厚度的氧化層，SiO2不僅對(duì)SiC顆粒起到粘接的作用，而且可以促進(jìn)預(yù)制體和Al合金液間的潤(rùn)濕。SiC預(yù)制體中顆粒分布均勻，其中孔隙分布也很均勻，大多在20μm以內(nèi)。SiC體積分?jǐn)?shù)隨粗顆粒含量的增大，先增大后減小。采用雙尺寸顆粒制備的預(yù)制體SiC體積分?jǐn)?shù)可達(dá)到

3、70.7％，大于單尺寸顆粒的體積分?jǐn)?shù)。預(yù)制體燒結(jié)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生尺寸變化，線膨脹為1.9%～3.0%，屬凈成形。
　　 針對(duì)SiC與Al之間的潤(rùn)濕性差，通過SiC表面氧化處理和采用合金成分為Al-7Mg-6.5Si的鋁基體，Mg、Si兩種元素改善潤(rùn)濕性，使Al液在毛細(xì)管力的作用下滲入預(yù)制體的孔隙中。通過能譜和XRD衍射分析，發(fā)現(xiàn)無壓滲透過程中SiC-Al界面處會(huì)發(fā)生界面反應(yīng)，促進(jìn)鋁合金液的滲透，同時(shí)生成MgO、MgAl2O4和Mg2S

4、i等界面產(chǎn)物。
　　 由于預(yù)制體中閉孔的存在，無壓滲透法制備SiCp/Al復(fù)合材料所得的試樣不能達(dá)到完全致密。SiC顆粒越小，預(yù)制體中細(xì)微孔隙越多，復(fù)合材料的致密度隨之減小，且SiC體積分?jǐn)?shù)越大越難浸滲。復(fù)合材料中有一定的孔洞類浸滲缺陷。這些孔洞有些分布在基體中，有些分布在SiC-Al界面上，分布在基體中的孔洞一般比較大，而界面上的則比較細(xì)小。
　　 對(duì)長(zhǎng)期存放過程中發(fā)生“粉化”現(xiàn)象的試樣進(jìn)行XRD衍射分析，發(fā)現(xiàn)了界面有

5、害相Al4C3，它與空氣中的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致試樣的粉化?？梢酝ㄟ^降低滲透溫度或減少滲透時(shí)間，或者在基體合金中增加Si的比例，來減少有害界面反應(yīng)和生成物。
　　 SiCp/Al復(fù)合材料的硬度隨著SiC顆粒尺寸的減小和SiC體積分?jǐn)?shù)的增大而增大，粗細(xì)顆粒比為2:1制備的復(fù)合材料硬度最大。所制備的不同配比的SiCp/Al復(fù)合材料在50℃-200℃范圍內(nèi)，平均熱膨脹系數(shù)最低可達(dá)6.98×10-6K-1，常溫導(dǎo)熱率最高為110.28