无压渗透法制备电子封装用SiCp/Al复合材料工艺及性能研究

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随着现代封装技术的发展，传统的电子封装材料已无法满足电子封装越来越高的要求。SiC颗粒增强Al基复合材料因其高热导系数、低热膨胀系数、密度小等优点，受到了广泛关注，作为电子封装材料应用前景广阔。
　　本文针对采用单尺寸SiC颗粒无法获得高体积分数SiCp/Al复合材料的问题，以双颗粒配比的SiC为原料，采用压制成型-氧化烧结的方法制备SiC预制体，随后在氮气气氛中1050℃保温5h无压渗透铝合金，成功制备了高体积分数SiCp/Al复合材料，并研究了颗粒配比对SiCp/Al复合材料致密度、SiC体积分数、SiC-Al的界面形貌与成分以及复合材料的热学性能的影响。
　　 SiC在空气中烧结，可形成一定厚度的氧化层，SiO2不仅对SiC颗粒起到粘接的作用，而且可以促进预制体和Al合金液间的润湿。SiC预制体中颗粒分布均匀，其中孔隙分布也很均匀，大多在20μm以内。SiC体积分数随粗颗粒含量的增大，先增大后减小。采用双尺寸颗粒制备的预制体SiC体积分数可达到70.7％，大于单尺寸颗粒的体积分数。预制体烧结时，会产生尺寸变化，线膨胀为1.9%～3.0%，属净成形。
　　针对SiC与Al之间的润湿性差，通过SiC表面氧化处理和采用合金成分为Al-7Mg-6.5Si的铝基体，Mg、Si两种元素改善润湿性，使Al液在毛细管力的作用下渗入预制体的孔隙中。通过能谱和XRD衍射分析，发现无压渗透过程中SiC-Al界面处会发生界面反应，促进铝合金液的渗透，同时生成MgO、MgAl2O4和Mg2Si等界面产物。
　　由于预制体中闭孔的存在，无压渗透法制备SiCp/Al复合材料所得的试样不能达到完全致密。SiC颗粒越小，预制体中细微孔隙越多，复合材料的致密度随之减小，且SiC体积分数越大越难浸渗。复合材料中有一定的孔洞类浸渗缺陷。这些孔洞有些分布在基体中，有些分布在SiC-Al界面上，分布在基体中的孔洞一般比较大，而界面上的则比较细小。
　　对长期存放过程中发生“粉化”现象的试样进行XRD衍射分析，发现了界面有害相Al4C3，它与空气中的水蒸气发生反应，导致试样的粉化。可以通过降低渗透温度或减少渗透时间，或者在基体合金中增加Si的比例，来减少有害界面反应和生成物。
　　 SiCp/Al复合材料的硬度随着SiC颗粒尺寸的减小和SiC体积分数的增大而增大，粗细颗粒比为2:1制备的复合材料硬度最大。所制备的不同配比的SiCp/Al复合材料在50℃-200℃范围内，平均热膨胀系数最低可达6.98×10-6K-1，常温导热率最高为110.28 W(m·K)-1。热膨胀系数与导热率均能满足电子封装的要求。

著录项

作者
孙晓晔;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名汪涛;
年度 2012
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属－非金属复合材料;材料;
关键词
无压渗透法; 电子封装材料; SiCp/Al复合材料; 热学性能; 制备工艺;

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