(SiCP+Cu)/Al电子封装材料制备及组织性能研究

论文摘要

本文采用冷等静压+预压制+热挤压方法制备出SiC质量分数为30%,Cu质量分数分别为5%、8%、10%的铝基电子封装材料。利用X射线衍射分析仪、透射电镜、扫描电镜、电子拉伸试验机、热导率测试仪、热膨胀测试仪等设备对（SiC+Cu）/Al复合材料的组织结构、力学性能以及热学性能进行了观察与测试。对冷等静压后的材料首先在300℃进行预压制以提高致密度。之后在400℃和450℃分别对其进行热挤压。结果表明,复合材料组织致密;增强体分布均匀,没有发生偏聚。450℃热挤压后复合材料中Cu与Al完全发生反应生成CuAl2,而400℃挤压后复合材料中有Cu剩余,说明挤压温度对Cu和Al之间反应影响较大。对400℃和450℃挤压后复合材料的力学性能进行了测试与分析。实验结果结果表明,无论400℃还是450℃挤压后的复合材料,抗拉强度和弹性模量都随着Cu含量增加而增加,这与Cu和Al原位反应有关。400℃挤压后复合材料的抗拉强度要高于450℃挤压后复合材料,但对于弹性模量,则450℃挤压后较高。对电子封装材料极为重要的热物理性能进行了测试与分析。试验结果表明,复合材料热导率在450℃和400℃挤压后都随着Cu含量的升高而增大,且400℃挤压后复合材料热导率要高于450℃。并应用Hasselman模型对复合材料热导率进行计算,发现理论值大于实测值,这是由于Cu和Al原位反应导致热阻升高。对于电子封装材料另一重要热学性能热膨胀系数进行分析。研究了不同Cu含量对于热膨胀系数的影响,试验结果表明随Cu含量升高,热膨胀系数降低。而400℃挤压后复合材料的热膨胀系数大于450℃挤压后复合材料,并应用Kerner模型与两个温度挤压所得复合材料的实测热膨胀系数进行对比,发现低温时,误差较大,当温度升高到250℃以后时,误差较小。这是由于热残余应力释放速率随温度变化所引起的。本文通过冷等静压+预压制+热挤压的方法最终制备出密度小于4g/cm3,热导率大于130W/m·K,热膨胀系数10×10-6K-1,抗拉强度大于220MPa性能优异的Al基电子封装材料,满足航空航天领域中对于电子封装材料性能的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 电子封装技术
• 1.3 常用电子封装材料介绍
• 1.3.1 1 级电子封装材料
• 1.3.2 2、3 级电子封装材料
• 1.4 国内外在该方向的研究现状
• 1.5 高体积分数SiC 颗粒增强电子封装材料的制备方法
• 1.5.1 无压浸渗法
• 1.5.2 压力浸渗法
• 1.5.3 搅拌铸造法
• 1.5.4 粉末冶金法
• 1.6 电子封装复合材料的热物理性能基础
• 1.6.1 热传导性能
• 1.6.2 热导率理论模型
• 1.6.3 热膨胀性能
• 1.6.4 热膨胀系数理论模型
• 1.7 研究内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 碳化硅
• 2.1.3 铜
• 2.1.4 复合材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 差热分析
• 2.2.2 透射电子显微镜分析
• 2.2.3 扫描电子显微镜分析
• 2.2.4 导热性能测试
• 2.2.5 热膨胀性能测试
• 2.2.6 X 射线衍射分析
• 2.2.7 致密度测试
• 2.2.8 冷等静压机
• 2.2.9 压力机
• 2.2.10 拉伸性能测试
• P+Cu）/Al 复合材料制备及组织分析'>第3章 （SiC_P+Cu）/Al 复合材料制备及组织分析
• P+Cu）/Al 复合材料制备工艺'>3.1 （SiC_P+Cu）/Al 复合材料制备工艺
• P+Cu）/Al 复合材料组织分析'>3.2 不同挤压温度（SiC_P+Cu）/Al 复合材料组织分析
• P+Cu）/Al 复合材料组织分析'>3.2.1 450℃挤压（SiC_P+Cu）/Al 复合材料组织分析
• P+Cu）/Al 复合材料组织分析'>3.2.2 400℃挤压（SiC_P+Cu）/Al 复合材料组织分析
• 3.3 本章小结
• P+Cu）/Al 复合材料力学性能'>第4章 （SiC_P+Cu）/Al 复合材料力学性能
• 4.1 引言
• 4.2 抗拉强度
• P+Cu）/Al 复合材料抗拉强度影响'>4.2.1 Cu 含量对（SiC_P+Cu）/Al 复合材料抗拉强度影响
• P+Cu）/Al 复合材料抗拉强度影响'>4.2.2 挤压温度对（SiC_P+Cu）/Al 复合材料抗拉强度影响
• 4.3 弹性模量
• P+Cu）/Al 复合材料弹性模量影响'>4.3.1 Cu 含量对（SiC_P+Cu）/Al 复合材料弹性模量影响
• P+Cu）/Al 复合材料弹性模量影响'>4.3.2 挤压温度对（SiC_P+Cu）/Al 复合材料弹性模量影响
• P+Cu）/Al 复合材料断口分析'>4.4 （SiC_P+Cu）/Al 复合材料断口分析
• 4.5 本章小结
• P+Cu）/Al 复合材料热物理性能'>第5章 （SiC_P+Cu）/Al 复合材料热物理性能
• 5.1 引言
• 5.2 热导率
• P+Cu）/Al 复合材料热导率影响'>5.2.1 Cu 含量对（SiC_P+Cu）/Al 复合材料热导率影响
• P+Cu）/Al 复合材料热导率影响'>5.2.2 挤压温度对（SiC_P+Cu）/Al 复合材料热导率影响
• 5.3 热膨胀系数
• P+Cu）/Al 复合材料热膨胀系数影响'>5.3.1 Cu 含量对（SiC_P+Cu）/Al 复合材料热膨胀系数影响
• P+Cu）/Al 复合材料热膨胀系数影响'>5.3.2 挤压温度对（SiC_P+Cu）/Al 复合材料热膨胀系数影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢