无压浸渗制备Al/SiCp电子封装材料的结构与性能

作     者：梁建芳 

作者单位：西北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于家康

授予年度：2006年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：电子封装 金属基复合材料 无压浸渗 界面 热膨胀系数 热导率 抗弯强度 

摘      要：随着微电子技术及半导体技术的发展,高的封装密度对材料提出了更高的要求。颗粒增强铝基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。研究铝碳化硅电子封装材料的结构与性能对制备性能优良的封装材料具有重要的理论意义和实用价值。 本文在前人研究的基础上,对双颗粒增强的Al/SiCp复合材料中,颗粒配比与增强体体积分数的关系进行了讨论,分析了该材料的界面状况,并研究了复合材料的热学性能和力学性能及其影响因素。 采用单一粒径颗粒增强时,体积分数最高只能达到55%左右,不能满足电子封装的要求,所以本文采用双颗粒配比来提高其体积分数,粗细颗粒粒径比为10:1比较合适。在本文的实验条件下,选用颗粒为16μm和160μm相配比时,预制型的体积分数随颗粒配比的不同可从51%到72%之间进行调节。 在对预制型的研究中发现,加压过程中压力过大或加压速度过快将会降低预制型的性能。烧结过程中应该平衡升温降温,过快的升温降温将会使预制型出现形变及裂纹。另外,预制型在高温氧化条件下,SiC氧化生成的SiO所占的体积分数以及氧化层厚度都随着氧化温度的升高和高温保温时间的延长而增大,并且受保温时间影响较为显著。 对该复合材料热学及力学性能的研究表明,采用双颗粒增强可以降低复合材料的热膨胀系数。此时,预制型的性能、浸渗过程形成的缺陷以及复合材料中出现的新相等都会影响到材料的热膨胀性能。复合材料的热导率随颗粒尺寸的增大而增大。复合材料的抗弯强度随增强体SiC颗粒尺寸的增大而减小,并且随细颗粒含量的增加,呈先增大后减小的趋势。这与颗粒中的应力分布状态有关。 本文也探讨了复合材料的界面及断裂情况。复合材料的界面属典型的化学结合界面,界面产物主要为MgO。复合材料的主要破坏机制为基体断裂,当复合材料中粗颗粒含量增加或者粗颗粒本身的缺陷增多时,粗颗粒的断裂也将成为重要的复合材料破坏机制。在复合材料中由于制备工艺或后期损伤导致的弱结合界面,界面破坏为主要的复合材料破坏机制。