电子封装用β-SiCp/Al复合材料制备与性能研究

电子封装用β-SiCp/Al复合材料,兼具陶瓷与金属的高导热性,低热膨胀性,一定强度、刚度、低密度等优良特性,应用于功率电子基板和衬底材料,与电子芯片实现良好热匹配。本文采用粉末冶金法制备70%vol.β-SiCp/Al复合材料。主要研究了烧结工艺、β-SiCp粒径、β-SiCp粒度级配以及不同基体对复合材料性能的影响,用XRD、SEM及EDS进行材料物相分析与组织观察;测定复合材料热导率(TC)、热膨胀系数(CTE)、相对密度、抗弯强度等,进一步分析复合材料热学性能和力学性能,确定复合材料最佳烧结温度、烧结压力、保温时间分别是690℃、30MPa和1.5h。(1)在850℃下氧化1h并酸洗处理,β-SiCp表面杂质、细颗粒物等得到清除,获得较理想的β-SiCp形貌。(2)采用最佳球磨工艺为料球比1:2.5,转速260r/min,球磨8h,对原增强体材料少破碎的情况下获得均匀分散的复合粉。(3)基体中添加Si元素后有效控制了界面反应的程度。复合材料组织均匀、层次清晰、界面生成少量的A14C3和MgA1204,提高复合材料的界面结合力。(4)含不同Si元素基体的复合材料,热导率随Si元素含量的增加先增加后降低,最佳Si添加量为10%。(5)复合材料的相对密度、TC、CTE值受增强体粒度的影响,粒度增大时其相对密度、TC和CTE值均提高;采用粗细粒度配比的β-SiCp在最优烧结工艺条件下制得70%β-SiCp/Al复合材料,其相对密度、TC值和CTE值较单一粒径均有提高,且TC值与CTE值均随着粒度级配中粗颗粒质量比的增大而提高。当β-SiCp以40μm、3.5μm两种粒径,质量比为7:1级配时,复合材料的相对密度、TC值、CTE值最高,分别为97.7%、157.4W/m·K、8.2×10-6/K,均高于质量比为3:1的情况。采用20μm、3.5μm两种粒径以质量比7:1级配时,复合材料具有较好的综合性能。(6)复合材料断裂方式为增强体β-SiCp的解理断裂和小部分Al基体塑性断裂。综上所述,采用该方法可获得综合性能满足要求的电子封装用β-SiCp/Al复合材料。