【摘 要】
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目前芯片向着小型化、集成化、高效化和智能化等方向发展,如何提高封装基板的导热能力成为了亟待解决的难题。为了获得高导热绝缘基板材料,本文尝试采用机械球磨方法在高导热的铜颗粒表面包覆一层绝缘涂层,并结合放电等离子烧结技术,制备高导热铜基绝缘复合材料,并通过选用不同绝缘涂层和调整工艺参数实现了复合材料的性能调控。研究结果如下:通过球磨法结合放电等离子烧结技术将微米级铜粉末与四种纳米级绝缘粉末(Si C、
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目前芯片向着小型化、集成化、高效化和智能化等方向发展,如何提高封装基板的导热能力成为了亟待解决的难题。为了获得高导热绝缘基板材料,本文尝试采用机械球磨方法在高导热的铜颗粒表面包覆一层绝缘涂层,并结合放电等离子烧结技术,制备高导热铜基绝缘复合材料,并通过选用不同绝缘涂层和调整工艺参数实现了复合材料的性能调控。研究结果如下:通过球磨法结合放电等离子烧结技术将微米级铜粉末与四种纳米级绝缘粉末(Si C、MnO2、Mg O和Al2O3)分别混合和烧结成型,制备了四种铜基复合材料。在相同质量比的条件下,探究四种复合材料的微观结构,发现包覆效果差异较大,Si C和Mg O由于其高脆性和低界面吸附性,无法有效包覆在铜粉表面,即便制备的铜基复合材料具有较高的热导率,但其绝缘性较差。虽然MnO2可以均匀包覆在Cu颗粒表面,但MnO2的本征电阻率偏低,因而导致复合材料的绝缘效果较差。值得注意的是,Al2O3/Cu复合材料具有均匀的包覆绝缘层,因Al2O3薄膜极佳的绝缘性,导致制备的铜基复合材料兼具高导热和高绝缘特性,具有进一步探究和应用的前景。以微米级铜粉为基体,纳米氧化铝粉末为包覆材料,研究了不同氧化铝含量对复合材料显微结构、电阻率与热导率等特性的影响。研究表明,绝缘层随氧化铝含量的增加而增厚,电阻率持续增加,而热导率则持续降低。值得注意的是,当氧化铝含量达到15.0 wt%以上时,绝大部分铜粉被氧化铝阻隔开,从而极大地提升了复合材料的电阻率,同时保持了较高的热导率。以w(Al2O3)为15%的Al2O3/Cu复合粉末为研究对象,研究烧结温度对复合材料的性能的影响。结果显示,复合材料的电阻率随烧结温度的增大而下降,而热导率随之增大。最后比较了预先冷压和无冷压的烧结样品的电/热性能,预先冷压后的烧结样品的电阻率明显小于无冷压的烧结样品的电阻率,而其热导率大于相同烧结温度下放电等离子烧结制备的样品的热导率。
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