高硅铝合金及其封装结构的制备及热力学性能研究

作     者：秦钱 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董淑宏;傅蔡安

授予年度：2022年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：梯度高硅铝合金 压力浸渗 热力学性能 机械加工 封装结构 

摘      要：由于具有热膨胀系数可调、易于精密加工、可镀覆涂装等优良性能,高硅铝合金被大规模用作T/R(Transmitter and Receiver)组件、高功率芯片等半导体器件的封装材料。但目前高硅铝合金的制备工艺往往成本高昂且工序繁琐,制备件致密度不足,因此探索高效制备高硅铝合金的方法成为研究热点。此外,常规单一高硅铝合金材料热导率低,往往不能较好达到封装结构焊接性能和热膨胀匹配的需求,且易因结构不合理导致应力过大。正是基于上述行业现状和封装结构发展概况,本文开展对高硅铝合金封装结构的新型制备工艺——压力浸渗法的研究,通过铝熔体精炼、粉料选配、模具设计、工艺参数设定,制备了高硅铝合金。此外,对不同配方的制备件进行热学、力学、机械加工性能测试,提出融合梯度硅、“铝硅-铝/金刚石-铝硅三明治复合封装结构设计思路。主要研究内容以及研究成果如下:1.设计精炼工艺精炼铝熔体,有效控制铝熔体的质量及含氢量,确定合理的浸渗工艺参数。探索灌装工艺和粉料预制件成型工艺,通过硅粉料堆积体积分数测定为粉料配制和灌装提供理论指导,通过粘结剂性能研究为硅粉料预制件成型试验提供支撑。设计合理的浸渗成型装置、模具及工艺参数,最终采用压力浸渗法制备多种配方高硅铝合金。2.对上述制备的高硅铝合金进行热导率、热膨胀系数、抗拉强度、弹性模量试验测定,总结出热学性能、力学性能随硅粒径、体积分数的变化规律;测试高硅铝合金铣削加工性能,总结出铣削性能随硅粒径、体积分数的变化规律,优化铣削加工参数。3.采用压力浸渗法制备“铝硅-铝/金刚石-铝硅三明治复合结构并测定其热导率。进一步设计梯度封装结构,讨论多种粉料装模形式并优选最佳方案。制造嵌有铝/金刚石的梯度高硅铝合金封装结构,对其进行热翘曲变形分析,优选最佳壳体材料配制方案。本文研究了高硅铝合金新型制备工艺——压力浸渗法,对基于该工艺制备的高硅铝合金热力学、机械加工性能进行了测试,并完成了封装结构选配和仿真优化,得到性能稳定的新型梯度硅壳体制造件,为进一步的生产制造提供了实用性指导。