电子封装用SiCp/Al复合材料的制备与性能研究

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高体积分数 SiCp/Al复合材料具有高导热、低膨胀、低密度以及较好的力学性能等优点,在微波集成电路、功率模块和微处理盖板等领域得到广泛应用。目前,高体积分数 SiCp/Al复合材料加工困难,因此开发一种能够近净成形结构复杂复合材料构件的方法成为这一领域研究的热点。  本文采用结合了粉末冶金与触变成形技术优点的粉末触变成形的方法制备高体积分数的 SiCp/Al复合材料,系统地研究了 SiCp/Al复合材料的粉末触变成形工艺、力学性能、热物理性,分析了不同的工艺条件和成分对复合材料的力学性能和热物理性能的影响规律。  主要实验内容是将 SiC颗粒进行预处理来改善陶瓷颗粒与金属基体之间的润湿性;将粉末进行混合、冷压和热压,制备出不同体积分数的复合材料,研究制备工艺参数(颗粒粒度组合、粉末球磨工艺、冷压工艺、热压温度、重熔保温时间)及其对复合材料微观组织的影响;最后对复合材料的致密度、力学性能、热导率和热膨胀系数进行检测,研究不同因素(包括 SiC颗粒的粒度组合、热压温度以及 SiC颗粒的不同体积分数)对其影响规律。  研究表明,经过除杂、高温氧化等预处理后的 SiC颗粒能够提高 SiC/Al界面润湿性,促进界面结合,显著提高了复合材料的综合性能。Al合金中的 Si元素有抑制有害相 Al4C3的生成,提高润湿性的作用。当在温度600℃、保温时间65min热压成形时所制得复合材料,SiC颗粒分布均匀,无明显偏析团聚现象,气孔等缺陷较少,组织致密,复合材料界面结合强度高,其断裂方式为脆性断裂断裂,以SiC颗粒解理断裂为主并存有少量的界面脱粘。通过对制备工艺参数、组织和性能优化的研究,所制得复合材料力学性能和物理性能优异,当采用SiC颗粒平均粒径100μm、5μm、质量比3:1、热压温度600℃、保温时间65min、体积分数50%时所制得的复合材料抗弯强度为351MPa,热导率达到138W.m-1.℃-1,从室温至300℃时平均热膨胀系数为5.5×10-6℃-1,复合材料的综合性能较好,满足电子封装的要求。
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