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无压浸渗法制备SiC/Al电子封装材料

何青山  
【摘要】:自从进入21世纪以来,随着集成电路的高速发展,电子封装技术也正不断向小型化、高性能、高可靠性和低成本方向发展,这对电子封装材料的性能提出了更高的要求。陶瓷相增强金属基复合材料结合了金属材料的高热导率及陶瓷相的比较低的热膨胀系数的优异性能,是比较理想的电子封装材料,其中SiCp/Al复合材料由于具有比较高的热导率、低的热膨胀系数、高的抗弯强度以及低的密度等优异性能,成为最具有应用前景的电子封装材料之一。但是目前制备SiCp/Al复合材料的工艺都比较复杂,设备成本比较高,制约着其在生产上的广泛应用,而无压浸渗技术由于其工艺简单,生产成本比较低,成为目前比较热门的SiCp/Al复合材料的制备方法。 本文利用无压浸渗方法制备出双颗粒SiC增强Al基复合材料及三颗粒SiC增强A1基复合材料,通过对复合材料的组织、相成分、界面结合状况、热导性能、热膨胀性能、抗弯强度及断面形貌的分析,制备出性能最优异的SiC增强A1基复合材料。 本文使用的双颗粒SiC平均粒径分别为150gm和15gm,对双颗粒SiC预制件的体积分数进行测量,结果表明SiC的体积分数都可达到65%以上。对不同颗粒配比的双颗粒SiC/A1复合材料的组织进行观察,发现SiC能够均匀分布在A1基体中,复合材料的致密性比较高,没有发现明显的孔洞,XRD分析及界面线扫描分析结果表明,界面处发生界面反应生成了MgAl2O4相,它的存在改善了界面的润湿性,促进了无压浸渗的顺利进行。复合材料的热膨胀系数在(7.48-9.54)×10-6K-1之间变化,热导率介于(135-147)W/mK之间,抗弯强度在(265-335)MPa之间变化,双颗粒配比为3:2时,复合材料的热膨胀系数为8.35×10-6K-1,热导率为147W/mK,抗弯强度也能达到335MPa以上,其综合性能最好。 三颗粒SiC平均粒径分别是150μm、20μm和15μm,复合材料的组织均匀性及致密性没有双颗粒SiC/Al复合材料好,特别在颗粒配比为6:2:2的复合材料中发现比较多的孔洞,XRD分析及界面线扫描分析结果表明,除了在界面产生MgAl2O4相外,还发现MgO相的存在。虽然三颗粒SiC/Al复合材料的组织没有双颗粒SiC/Al复合材料的组织均匀和致密性好,但其热导率及抗弯强度等性能整体上都优于双颗粒复合材料,当三颗粒配比为8:1:1时,复合材料的热膨胀系数为8.90×10-6K-1,热导率为154W/mK,抗弯强度也能达到337MPa以上,其综合性能最好。保持三颗粒配比为8:1:1,调整复合材料的浸渗工艺,研究发现,当烧结温度为1100℃,烧结时间为1h,浸渗温度为1100℃,浸渗时间为2h时,得到的复合材料的综合性能最好,其热膨胀系数为8.07×10-6K-1,热导率为159W/mK,抗弯强度也能达到307MPa以上。


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