多层SiC/Al材料电子封装件半固态模锻连接一体化成形研究

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集成电路技术的高速发展,使得对高性能的电子封装材料的需求越来越大,促进了电子封装技术也向着更可靠、更高性能和更低成本的方向发展。高体积分数SiC/Al复合材料兼具铝材的低密度,高热导率,又有SiC低热膨胀系数,高强度的优点。是作为电子封装零件的理想材料。SiC/Al复合材料的制备和连接问题一直是研究的热点,不同的制备工艺,参数的选择,都会影响成形件的各项热物理和力学性能。SiC和Al的界面润湿行为和界面反应是影响复合材料力学和物理性能的重要因素。本文通过热压法制备了SiC/Al复合材料,通过改变SiC颗粒的体积分数,SiC颗粒的粒径得到不同增强体含量的复合材料。制备过程中添加不同含量的Mg、Si,改变合金基体的成分,研究合金成分对复合材料性能的影响。通过测试弯曲强度,热导率,热膨胀系数,致密度等参数,研究了不同成分,体积分数复合材料的热物理和力学性能的变化规律。并使用SEM、XRD和TEM对其进行组织、物相和界面观察。实验结果表明:材料的抗弯强度随着SiC的体积分数提高而提高,但超过50%后,复合材料的脆性会迅速增大。热导率和热膨胀都随着体积分数提高而降低,要满足电子封装件对热膨胀匹配的要求,SiC体积分数至少达到60%。当SiC体积分数一定时,SiC颗粒度与基体粒度相近时,复合材料的抗弯强度,导热系数,致密度都达到最好。Mg加入对热压工艺制备的复合材料没有明显影响,反而使抗弯强度和热导率都有所降低,只略微提高材料的致密度,Si元素的加入进一步降低了材料热膨胀系数,提高材料的抗弯强度。当体积分数为6%时,材料的各项性能达到最佳。选取Mg、Si合金添加量为6%,不同体积分数SiC的热压坯料进行模锻连接。实验发现,低体积分数的双层连接件拥有更高的剪切强度,组织也更致密,没有出现缝隙缺陷,而高体积分数的双层连接,剪切强度大幅下降,连接界面上存在明显的缝隙。通过添加中间层能很好改善界面的强度和避免缝隙的产生。对SiC和Al的结合界面处进行透射和衍射,发现两相界面处的晶面取向存在一定关系,没有位相关系的界面存在一定厚度的过度层。而有的界面处形成了界面化合物。最终选择体积分数从10%到60%的五层复合材料,通过模锻连接工艺,制备出体积分数成梯度分布的盒形电子封装件。
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