无压渗透法制备SiCp/Cu复合材料

论文摘要

集成电路的飞速发展,要求电子封装材料具备高热导率（TC）、低热膨胀系数（CTE）和低密度（ρ）,同时要求制造成本要低。最近几年,SiCp/Cu因其理论上优异的电子封装性能,备受广大研究者关注,被认为是新一代电子封装材料。目前,无压渗透法被广泛用于制备SiCp/Al,但有关无压渗透制备SiCp/Cu的报道极少,根本原因是SiC与Cu的润湿性极差。本文通过纯Cu在纯SiC预制型中熔渗、纯Cu在含活性元素的SiC预制型中熔渗和Cu合金在纯SiC预制型中熔渗三方面来促进渗透。结合对实验结果的分析,探讨了无压渗透的机制。主要结果如下:（1）.优选SiC颗粒粒径,改进渗透温度、保温时间、预制型成型压力等工艺参数能实现纯Cu对纯SiC预制型的渗透。（2）.SiC预制型中添加Mg、Ni、zn、Si等活性元素没有达到促进渗透的目的,某些预制型被粉化,甚至导致了SiC分解。（3）.Cu基体添加Si、Al、Ti等合金元素没能达到理想的促进渗透的目的,其中仅Cu-Si合金实现了对SiC预制型较浅渗透。（4）.经对比分析,得到较好的渗透工艺为:选取50μmSiC在3MPa成型压力下成型,渗透时坩埚中铺较厚SiC铺垫粉层,用纯Cu块在1400℃保温8小时渗透后可得到厚度为1.95mm的渗透层。（5）.对相关试样进行物相分析,表面形貌分析,表面元素分布分析的基础上,探讨了无压渗透的机制,认为本文实验条件下的无压渗透是在毛细管力和负压共同作用下实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电子封装及电子封装材料
• 1.2.1 电子封装
• 1.2.2 电子封装材料
• 1.2.2.1 传统电子封装材料
• 1.2.2.2 电子封装用金属基复合材料
• 1.3 颗粒增强金属基复合材料
• 1.3.1 基体材料
• 1.3.2 增强体材料
• 1.3.3 材料的性能
• 1.3.3.1 导热性能
• 1.3.3.2 热膨胀性能
• 1.3.3.3 力学性能
• 1.4 SiC颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展
• 1.4.1 粉末冶金法
• 1.4.2 挤压铸造法（Squeeze casting）
• 1.4.3 无压渗透法（Pressureless infiltration）
• 1.4.3.1 无压渗透法的提出
• 1.4.3.2 无压渗透法的优缺点
• 1.4.3.3 研究进展
• 1.5 研究中存在的问题及改进方法
• 1.5.1 存在的问题
• 1.5.2 改进方法
• 1.5.2.1 控制界面反应和提高两相润湿性的方法
• 1.5.2.2 改善SiC预制型微观通道的方法
• 1.6 研究展望
• 1.7 本课题的提出
• 1.7.1 课题来源
• 1.7.2 选择依据及意义
• 1.7.3 研究内容
• 第2章 无压渗透法制备SiC/Cu复合材料工艺
• 2.1 实验原材料及设备
• 2.2 实验流程
• 2.3 原材料的前处理
• 2.3.1 SiC粉和Cu粉的清洗
• 2.3.2 SiC预制型制备
• 2.4 SiC/Cu复合材料的制备
• 2.4.1 纯Cu在纯SiC中熔渗
• 2.4.2 纯Cu在含活性元素的SiC中熔渗
• 2.4.3 Cu块中添加合金化元素
• 2.5 结构与性能检测
• 2.5.1 SiC预制型体积分数测量
• 2.5.2 渗透层深度测量
• 2.5.3 显微组织和物相分析
• 第3章 纯Cu在纯SiC中的无压渗透
• 3.1 SiC预制型制备条件对熔渗的影响
• 3.1.1 制备条件SiC预制型成型性影响
• 3.1.2 制备条件对SiC预制型体积分数的影响
• 3.1.3 对渗层厚度的影响
• 3.2 渗透温度和保温时间的影响
• 3.3 铺垫粉量的影响
• 3.4 XRD物相分析
• 3.5 SiC/Cu复合材料微观组织
• 3.6 EDS分析
• 3.7 力学性能分析
• 3.8 渗透机制分析
• 第4章 添加活性元素对渗透效果的影响
• 4.1 SiC预制型中添加活性元素的影响
• 4.2 Cu块中添加合金化元素的影响
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间得研究成果