电子封装用SiC颗粒增强铝基复合材料离心铸造成形工艺研究

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本论文以电子封装应用为背景,深入研究了SiC颗粒铝基增强复合材料封装零件的离心铸造成形技术,分析了加工工艺方法对材料的组织、成分和性能特征的影响,系统地阐述了复合材料零件的制备和成形过程工艺-组织-性能间的关系。本文从工业化生产角度出发,制备了两种复合材料浆料:1)熔化重量达到18Kg,SiC颗粒质量分数为17.55%,SiC颗粒粒径为15μm、30μm、和51μm,基体为类似ZL104合金的复合材料浆料。2)熔化重量为15Kg, SiC颗粒质量分数为24%, SiC颗粒粒径为25μm、29μm、和120μm,基体为类似ZL109合金的复合材料。从SiC颗粒和铝液之间的润湿出发,研究了复合材料浆料制备过程中的工艺参数。实验结果表明当金属熔液温度为575±3℃时,搅拌加入SiC颗粒最适于SiC颗粒与铝液之间的润湿,制得的复合材料浆料组织性能最优。从离心铸造工艺设计出发,通过自行设计开发的模具、砂芯,研究制备了两种基体的SiC颗粒铝基复合材料的电子封装盒零件。在离心转速800r/min,熔体温度700℃条件下浇注零件。对所制备的零件进行取样,利用光学显微镜(OM)和电子扫描显微镜(SEM)对所制备的SiCp/Al复合材料试样的微观组织进行观察分析;分别利用密度法和图像法测试试样的SiC颗粒体积分数;利用热膨胀仪器测试试样的热膨胀系数物理性能,并分析试样热膨胀系数的影响因素。实验结果表明,应用本研究制备的SiCp/Al复合材料有明显的SiC颗粒偏聚效果。获得的铸件截面共分为三个区域:颗粒偏聚层、无颗粒的合金基体层和集渣区域。将铸件在偏聚层和基体层机械切割分离,获得了电子封装零件。零件表面沟槽轮廓清晰,没有传统铸造的缺陷;OM和SEM观察表明,零件组织致密,SiC颗粒分布均匀,SiC颗粒和铝液的界面润湿结合比较好,组织没有明显缺陷;密度法测定结果表明:复合材料A,SiC颗粒含量体积分数为23%;复合材料B,SiC颗粒含量的体积分数为39%,均比复合材料浆料中SiC颗粒的体积分数有很大的提高,其中A材料提高了35.2%,B材料更是提高了60%,说明该离心铸造工艺成功的实现了SiC颗粒与铝液的分离;图像法测定结果表明:复合材料B,SiC颗粒含量的体积分数为46%,材料B的热膨胀系数为9.90×10-6K-1,基本达到了电子封装用零件对热膨胀系数的要求。
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