无压浸渗法制备β-SiC/Al电子封装材料及其性能研究

无压浸渗法制备β-SiC/Al电子封装材料及其性能研究

论文摘要

SiCp/Al复合材料具有高导热、低膨胀、高模量、低密度等优异的综合性能,在电子封装领域具有广阔的应用前景。目前广泛采用的SiCp/Al复合材料的制备方法为工艺复杂、设备昂贵的压力浸渗。由于无压浸渗技术具有工艺简单,成本低廉等优点,本文采用无压浸渗法在空气环境下,制备出了β-SiCp/Al复合材料,并对复合材料的微观组织和元素分布进行了观察和分析;讨论了润湿性原理和无压浸渗方法的机理;研究了Mg、Si元素对无压浸渗过程的影响;测试了不同工艺下β-SiCp/Al复合材料的热导率、热膨胀系数等热物理性能;并研究了SiC颗粒体积含量,粒径大小对复合材料热物理性能的影响。研究表明,无压浸渗法制备β-SiCp/Al复合材料的关键在于β-SiCp/Al界面润湿的转变,碳化硅的氧化处理对β-SiCp/Al界面的润湿性转变起着重要的作用;在铝合金基体中添加适量的Mg,会在界面处与SiO2参与反应生成MgAl2O4,界面反应改善了β-SiCp/Al界面的润湿性,促进了无压自发浸渗。基体合金中Si的存在,抑制了界面有害相Al4C3的生成。所制备的复合材料组织中,SiC分布均匀,组织致密。浸渗温度的提高,有利于浸渗速度的增加,但浸渗后期速率逐渐降低。制备出的复合材料颗粒体积分数为5570%,复合材料的热导率介于140170W·m-1·K-1之间,热膨胀系数在6.69.7×10-6K-1之间。随着SiC体积分数的增加,复合材料的相对密度略有下降,复合材料的热导率和热膨胀系数都呈下降趋势,当SiC体积分数增加为65%左右时,热导率下降逐渐趋于平缓;当SiC体积分数增加为68%时,热膨胀系数显著减小。在体积分数一定的情况下,随着SiC颗粒粒径的增加,复合材料中界面减小,β-SiCp/Al复合材料的热导率增加,同时热膨胀系数也增大。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 文献综述
  • 1.1 引言
  • 1.2 电子封装材料
  • 1.2.1 传统的电子封装材料
  • p/Al 电子封装材料'>1.2.2 SiCp/Al 电子封装材料
  • p/Al 电子封装材料的制备'>1.3 SiCp/Al 电子封装材料的制备
  • 1.3.1 粉末冶金法
  • 1.3.2 机械合金化法
  • 1.3.3 压力浸渗法
  • 1.3.4 喷射沉积法
  • 1.3.5 无压浸渗法
  • p/Al 电子封装材料的国内外研究及应用现状'>1.4 SiCp/Al 电子封装材料的国内外研究及应用现状
  • 1.5 无压浸渗法制备复合材料的特点
  • 1.6 无压浸渗法制备复合材料的现状
  • 1.6.1 浸渗气氛控制
  • 1.6.2 基体合金化
  • 1.6.3 添加助渗剂
  • 1.6.4 增强体表面涂层改性
  • 1.6.5 超声波辅助浸渗技术
  • 1.7 目前存在的主要问题
  • 1.8 研究意义及内容
  • 1.8.1 研究意义
  • 1.8.2 研究内容
  • 2 试验内容及研究方法
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验材料的选择
  • 2.2.1 增强体SiC 的选择
  • 2.2.2 基体铝合金的选择
  • 2.3 制备工艺设计
  • 2.4 复合材料的制备
  • 2.4.1 混料
  • 2.4.2 预制体成型
  • 2.4.3 预制体脱脂
  • 2.4.4 预制体焙烧
  • 2.4.5 无压浸渗
  • 2.5 复合材料性能测试
  • 2.5.1 微观组织观察
  • 2.5.2 密度测试
  • 2.5.3 物相分析
  • 2.5.4 热导率的测试
  • 2.5.5 热膨胀系数测定
  • 3 复合材料的制备及工艺探索
  • 3.1 引言
  • 3.2 无压浸渗机理探讨
  • 3.2.1 润湿性原理与自发浸渗
  • 3.2.2 浸渗过程的静力学
  • 3.2.3 浸渗过程的动力学
  • 3.2.4 液体在毛细管中的自发浸渗
  • 3.3 SiC 颗粒氧化处理及特点
  • 3.4 浸渗过程的分析
  • 3.4.1 孕育期
  • 3.5 温度对浸渗速度的影响
  • 3.6 镁元素对浸渗过程的影响
  • 3.7 硅元素对浸渗过程的影响
  • 3.8 本章小结
  • 4 复合材料的组织结构
  • 4.1 引言
  • 4.2 复合材料表观形貌
  • 4.3 复合材料的显微组织
  • 4.3.1 复合材料的金相组织
  • 4.3.2 SEM 分析
  • 4.4 复合材料的密度
  • 4.5 浸渗缺陷的分析
  • 4.6 本章小结
  • 5 复合材料的热物理性能
  • 5.1 引言
  • 5.2 复合材料的热导性能
  • 5.2.1 复合材料热导率的理论模型
  • 5.2.2 SiC 体积含量对复合材料的热导率的影响
  • 5.2.3 SiC 粒径对复合材料的热导率的影响
  • 5.2.4 气孔率对复合材料热导率的影响
  • 5.3 复合材料的热膨胀性能
  • 5.3.1 材料的热膨胀
  • 5.3.2 复合材料的热膨胀系数
  • 5.3.3 温度对复合材料热膨胀系数的影响
  • 5.3.4 SiC 体积含量对复合材料热膨胀性能的影响
  • 5.3.5 SiC 颗粒尺寸对复合材料热膨胀系能的影响
  • 5.4 本章小结
  • 6 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 相关论文文献

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