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电子封装用铜基复合材料的研究

电子封装用铜基复合材料的研究

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作者：李锡武中南大学

学位级别：硕士

随着微波薄膜电路向大功率、高集成化、组装化、小型化发展，对基片衬底、底板及外壳等封装材料提出了越来越苛刻的要求，由于传统的电子封装材料已不能满足现代封装技术的发展需要，从而对具有良好的导热性和与集成电路芯片相匹配的膨... 详细信息

随着微波薄膜电路向大功率、高集成化、组装化、小型化发展，对基片衬底、底板及外壳等封装材料提出了越来越苛刻的要求，由于传统的电子封装材料已不能满足现代封装技术的发展需要，从而对具有良好的导热性和与集成电路芯片相匹配的膨胀系数的新材料提出了迫切的需求。鉴于NiTi合金在一定的条件可以具有负热膨胀(NTE)行为以及金属cu具有高热导性能，复合制备的NiTi／cu基复合材料可以获得低膨胀和高热导的优异性能，并且可以在一定范围内实现调节控制，为此，本研究旨在通过制备方法选择、性能分析及工艺优化的深入探讨，研究NiTi合金负膨胀性能的获得以及NiTi／cu基复合材料的制备工艺，以制备出符合指标要求的电子封装材料。本论文首先通过测定热膨胀系数研究了热处理工艺对NiTi合金负热膨胀行为的影响，并采用XRD和TEM分析对其机理进行了探讨。之后通过大量的实验，先采用冷压法研究了复合制备NiTi／cu基电子封装复合材料的技术关键及其可行性;然后分别采用电沉积复合和热轧复合两种方法研究了电子封装用NiTi／cu基复合材料的制备工艺及其性能，着重对NiTi／cu基复合材料的热轧复合制备工艺以及其低膨胀性能获得处理工艺进行了深入的分析和探讨。得到的主要结论如下： 1)360℃／130h约束时效时，随着外加应力增加至250MPa，NiTi合金的负热膨胀系数递增至峰值-87.0×10K，这与TiNi析出相定向排列所形成的有效内应力场的强弱有关;之后外加约束应力进一步增加，可能会在母相中产生大量位错，破坏了形成的有效内应力场，导致其负热膨胀系数呈现出减小的趋势。 2)外加应力250 MPa进行约束时效，在360℃时NiTi合金可以得到理想的NTE行为，时效温度升高或在高温下延长时效时间，TiNi相粗化导致其与母相共格失配，弱化了TiNi析出相定向排列所形成的有效内应力场，NiTi合金的NTE行为将会变差。 3)NiTi合金母相中TiNi相定向析出所形成的内应力场有效控制了相变的发生并促使产生体积变化和双程形状记忆效应，二者的联合作用导致了NTE行为的产生。 4)冷压复合法制备的NiTi／cu基复合材料的热膨胀系数和热导率分别与复合体NiTi合金的体积分数存在着以下近似的线性关系：a=-87.2·V+23.2，λ=-450·V+328要使复合材料的热导率和热膨胀系数两个主要性能同时满足要求，应将复合体NiTi合金(CTE为-60.1×10K)在复合材料中的体积分数控制在20％～30％之间。 5)采用电沉积法可以制备出满足性能要求的电子封装用NiTi／cu基复合材料。经过1000多次的热循环后，V=16.7％的复合材料具有高的热导率(254W／(m.K))和低的热膨胀系数(6.9×10K)，以及合格的密度(8.4221g／cm)和致密度(99.2％)。 6)采取对称复合方式，在800℃附近进行一次变形量为70％～80％热轧复合，以及后续高温扩散处理，可以使NiTi／cu基复合材料获得比较理想的复合效果。分立排布复合体NiTi合金保证了cu基体的连通性，有利于复合材料获得好的导热性能。 7)热轧NiTi／cu基复合材料界面的结合主要依靠机械啮合机制、扩散机制、表面膜破裂机制、硬化层破裂机制等的共同作用。 8)通过改进工艺，对热轧复合NiTi／cu基复合材料进行360℃约束时效处理，可以使其获得低的热膨胀性能。

关键词： cu基电子封装复合材料 NiTi合金负的热膨胀冷压复合电沉积复合热轧复合

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