新型电子封装用金刚石/铜复合材料的研制

论文摘要

金刚石/铜复合材料与传统电子封装材料相比具有低的热膨胀系数和高的热导率,同时与Si、GaAs的热膨胀系数相匹配。符合现代信息化电子技术发展的要求,具有广阔的应用前景,是值得开发研制的产品之一。本文采用复压复烧和放电等离子（SPS）技术制备金刚石/铜复合材料。利用金相显微镜、XRD、SEM对复合材料显微形貌进行观测分析；对复合材料进行了热膨胀系数和热导率的测试。在复压复烧工艺中：通过对致密度和热膨胀系数的测量和分析得出：①金刚石/铜复合材料的致密度随着压制压力的增加而增大,但是在2000MPa后增加的幅度不是很明显：在烧结温度为890℃复合材料的致密度达到最大,之后随温度的升高反而降低,主要是由于金刚石石墨化关系导致致密度降低；延长烧结时间对提高致密度有一定的帮助；通过以上分析得出较完善的制备工艺为压制压力：2000Mpa,烧结温度：890℃,烧结时间：8h。在此工艺制备金刚石粒度为40μm,体积含量为50%的复合材料的致密度达到90.15%,热膨胀系数为9.206×10-6/K（100℃）。当金刚石体积颗粒大小相同时,复合材料致密度会随着金刚石体积含量的增加而降低；当金刚石体积含量相同时,复合材料致密度随着颗粒尺寸的增加而增大。②金刚石/铜复合材料的热膨胀系数：复合材料的热膨胀系数随着温度的升高而增加；当金刚石体积含量相同时,复合材料的热膨胀系数随金刚石颗粒的增大而增大：当金刚石颗粒大小相同时候,复合材料的热膨胀系数随金刚石体积含量的增大而减少。最后通过ROM模型、Kerner模型和Turner模型进行了理论计算并与实测值做了比较分析。在放电等离子（SPS）烧结工艺中：通过对热导率和致密度分析得出：随着烧结温度的增加致密度和热导率也相应提高,但是在950℃的时候达到最大,之后升高温度导致铜熔化有流出现象,故造成样品坍塌。随复合材料致密度和金刚石颗粒尺寸的增大,复合材料热导率增大,随体积含量的减小而增大。通过Maxwell模型和P.G. Klemens模型计算的理论结果与实测值相反。优化此工艺制备的金刚石/铜复合材料的致密度为：94.04%,热导率为：190.54 W/（m·K）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 电子封装技术
• 1.2.1 电子封装技术发展过程
• 1.2.2 电子封装技术发展趋势
• 1.3 电子封装材料
• 1.3.1 电子封装材料的性能要求及发展过程
• 1.3.2 电子封装材料分类
• 1.4 电子封装用金刚石/铜复合材料
• 1.4.1 电子封装用金刚石/铜复合材料研究现状
• 1.4.2 金刚石/铜复合材料
• 1.4.3 金刚石/铜复合材料热物理性能研究
• 1.4.4 电子封装用金刚石/铜复合材料制备工艺研究
• 1.5 本课题研究的目的及意义
• 第二章 实验设计及实验方案
• 2.1 实验路线设计
• 2.1.1 基体，增强体的选择
• 2.1.2 金刚石/铜复合材料制备工艺的确定
• 2.1.3 金刚石/铜复合材料工艺流程
• 2.2 实验材料及设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备及分析设备
• 2.3 性能测试分析
• 2.3.1 金刚石/铜复合材料组织观察与分析
• 2.3.2 金刚石/铜复合材料性能测试
• 第三章 复压复烧制备金刚石/铜复合材料及性能研究
• 3.1 复压复烧基本原理及工艺流程图
• 3.2 压制压力的选择
• 3.3 烧结工艺的确定
• 3.4 复压复烧工艺
• 3.5 形貌组织的分析
• 3.6 金刚石/铜复合材料性能研究
• 3.6.1 金刚石/铜复合材料致密度研究
• 3.6.2 金刚石/铜复合材料热膨胀系数研究
• 3.7 本章小结
• 第四章 放电等离子烧结（SPS）制备金刚石/铜复合材料及性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 SPS制备金刚石/铜复合材料
• 4.2.1 试验工艺
• 4.2.2 实验结果分析
• 4.3 金刚石/铜热导率的研究
• 4.3.1 致密度对金刚石/铜复合材料的影响
• 4.3.2 金刚石颗粒大小及体积含量对金刚石/铜复合材料热导率的影响
• 4.3.3 实验实测值与理论模型比较分析
• 4.4 结论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A