噴射成形Si-Al電子封裝材料的制備及組織性能研究.pdf

1、電子及封裝技術(shù)的發(fā)展對(duì)電子封裝材料的性能提出更高的要求。噴射成形Si-Al合金具有與芯片(硅和砷化鎵)相匹配的熱膨脹系數(shù)、高熱傳導(dǎo)率和低密度，是一種有良好應(yīng)用前景的電子封裝材料。 本文研究了噴射成形Si-Al合金在其它工藝參數(shù)確定的前提下霧化氣體壓力與金屬熔體質(zhì)量流率的比值對(duì)沉積坯件致密度、收得率及顯微組織的影響規(guī)律，結(jié)果表明合適的霧化氣體壓力與金屬熔體質(zhì)量流率的比值(P/M)應(yīng)在0.209～0.231MPa/(kg/min)之

2、間選擇。 對(duì)噴射成形Si-Al合金顯微組織進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明沉積坯件顯微組織細(xì)小彌散，初生硅相為不規(guī)則形狀，均勻彌散地分布在鋁基體中。通過對(duì)初生相形成過程分析可知初生硅相的晶體生長過程為小晶面長大方式。通過對(duì)噴射成形Si-Al合金的SEM照片、TEM照片分析，可把鋁基體分為硅含量較低的a-Al相和過飽和a-Al相及硅含量較高的鋁硅共晶相和鋁硅偽共晶相。 研究了噴射成形Si-Al合金在加熱保溫過程中的組織演變規(guī)律，

3、結(jié)果表明在590℃以下保溫90min初生硅相沒有顯著的長大現(xiàn)象，但其邊界變得圓滑，有球化現(xiàn)象，材料在590C以上保溫90min初生硅相長大現(xiàn)象明顯。通過DSC分析可知，由于鋁硅偽共晶相具有較高的畸變能，噴射成形Si-Al合金大約在566℃時(shí)開始有熔化相，隨著溫度的升高，熔化相增多，而且熔化相之間互相連接，在較高的溫度下凝聚成團(tuán)塊狀。 研究并確定了優(yōu)化的熱壓致密化工藝：合適的熱壓溫度為566℃～573℃，合適的壓強(qiáng)為220MPa～

4、300MPa，熱壓時(shí)間為4h。在熱壓致密化過程中，初生硅相和鋁基體相重新排列，初生硅相在壓力作用下斷裂并隨著壓力增大在小區(qū)域內(nèi)聚集在一起，鋁基體相在壓力下塑性流動(dòng)并互相連接在一起，鋁硅偽共晶相內(nèi)硅原子擴(kuò)散出來，轉(zhuǎn)變成為鋁硅共晶相，過飽和a-Al相內(nèi)通過硅原子脫溶轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Al相。采用熱等靜壓技術(shù)對(duì)噴射成形Si-Al合金進(jìn)行致密化研究，結(jié)果表明材料內(nèi)沒有大尺寸的孔洞，初生硅相仍然彌散分布，鋁基體的塑性變形程度較大，在局部區(qū)域內(nèi)存在明顯的貫

5、通現(xiàn)象。 采用熱模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)噴射成形Si-Al合金在固液兩相區(qū)的熱加工進(jìn)行了探索性研究，結(jié)果表明噴射成形Si-30％Al合金是脆性材料，對(duì)應(yīng)變速率敏感，應(yīng)變速率決定了材料的變形方式和變形過程。在熱壓縮變形過程中初生硅相斷裂，由于壓力差的存在造成液相由中心部位向邊緣部位流動(dòng)，形成了“固液分離”現(xiàn)象。對(duì)噴射成形Si-Al合金在固液兩相區(qū)進(jìn)行熱變形致密化，可以得到一定致密程度的材料，但致密化效果不理想。 系統(tǒng)研究了熱壓致密化后S

6、i-Al合金的物理性能、機(jī)械性能及電鍍與焊接性能，結(jié)果表明該材料(Si-30％Al～Si-40％Al合金)熱膨脹系數(shù)(6.9×10-6～8.7×10-6/K)與芯片匹配、導(dǎo)熱率高(118～127K/(W/m·K))、密度小(2.421×103～2.465×103kg/m3)、抗彎強(qiáng)度(三點(diǎn)彎曲)高(180～220MPa)、硬度高(布氏硬度為162～261)、熱穩(wěn)定性能好，容易電鍍與釬焊，具有良好的封裝工藝性能和加工成形性能，滿足微電子行