al-si电子封装材料粉末冶金法致密性研究

ALSI电子封装材料粉末冶金法致密性研究电子封装材料粉末冶金法致密性研究电子封装材料粉末冶金法致密性研究一禹胜林，薛松柏，尹邦跃，黄薇（南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京；南京信息工程大学，南京；中国原子能科学研究院，北京）”，（，；，；，）摘要采用粉末冶金方法研究复合材料的烧结行为。结果表明随着含量从分别增加至，时，一复合材料的烧结致密度从逐渐降低至；随着粉末的中位粒度增大，复合材料的烧结密度略有降低，但差别不十分明显；随着烧结温度的提高，材料致密度明显增加，且最合适的烧结温度在之间；随着烧结压力的提高，复合材料致密度明显增加，这是因为烧结压力增加时，球形粉末受挤压产生的塑性变形增加，有效地减小了粉末之间的间隙，从而增加了烧结材料的致密度，但最佳的烧结压力为，制得复合材料的致密度高达。关键词一复合材料；粉末冶金；致密度；电子封装中图分类号文献标识码文章编号（）一一，。，一，；随着人们对电子设备的小型化、轻量化、多功能、高性能的不断追求，电子封装的模块和组件由于封装密度较高，有些含有功率电路，对封装外壳和功率芯片热沉的导热率要求较高；同时由于电子封装时组装了多层陶瓷基板或裸芯片，其热胀系数较小，这就要求电子封装材料的热胀系数也较小；另外，考虑到电子封装体的密封性能，对封装外壳的致密程度也有较高要求。目前常用的电子封装材料已不能完全满足电子设备对电子封装材料的苛刻要求。比如（一种铁一钴一镍）的热膨胀系数和。，等匹配，但热导率太小；密度太大；又存在加万方数据工困难的问题。在这种情况下，新型的电子封装材料因其质量轻，热导率优良，膨胀系数低，无污染，原材料的制备工艺成熟，成本低廉等特点而倍受青睐。目前，日本、美国、英国在方面的研究已取得了很大进展，通过不同的方法制备出含量在的复合材料，性能达到较高水平，如英国的公司采用喷射成型技术生产的一电子封装材料的热导率达到了，热膨胀系数达到，密度达到。国内的相关研究也较多，如中南大学的张伟等研究了高硅铝材料的热膨胀性能；湖南工程学院和中南大学采用真空热挤压方法制备了一材料；哈尔滨工业大学武高辉等采用挤压铸造技术制备了体积分数为的复合材料凹；北京有色金属研究院和北京科技大学采用喷射成形技术制备了硅铝材料，并对硅铝材料的电镀和钎焊性能进行了研究。但是相对而言，对于不同含量的复合材料致密化的系统研究还较少。本工作对粉末冶金工艺研制高硅含量一复合材料的关键技术一封装壳体的致密化技术进行了深入研究，研究了各种因数对复合材料致密度的影响，分析了致密化机理，为复合材料在电子封装壳体方面的应用提供了技术基础。实验方法采用粉末冶金方法，研究含量、粉末粒度等对一复合材料致密度的影响，实验流程如图所示。采用行星式球磨机进行合金粉末的高能球磨。在充满高纯氩气的手套箱内，将合金粉末放入球磨罐内，然后再将球磨罐密封，置于球磨机上进行球磨试验；和合金粉末采用（一）配比的工艺路线来实现，需要将球磨至粉末的粒度，再通过混合二次球磨的工艺来完成和合金细粉末的制备。所有成分比例均按照质量分数进行配比。并采用激光衍射粒度仪测试粉末的粒度分布。本实验选取的烧结工艺曲线如图所示。首先，在充氩气的手套箱内将球磨混合后的（一）混合粉末装入石墨模具，适当振动，以提高松装密度。然后在模具间隙处涂抹有机胶，以便安全转移出手套箱，并在空气中将模具内的粉末安全转移至热压炉内。之万方数据材料工程年期图实验流程网葛量图一粉末真空热压烧结工艺曲线一在同一烧结参数下，改变的含量、粉末的粒度，研究它们对一复合材料致密度的影响；采用一配比、“粒度的烧结材料，通过固定压力和保温时间来研究烧结温度对致密度的影响，另外在固定烧结温度和保温时间的前提下研究烧结压力对致密度的影响。用排水法测试复合材料的烧结密度。经抛光和用（体积分数配比）溶液腐蚀，用金相显微镜观察复合材料的微观组织。结果与讨论含量对复合材料致密度的影响采用。热压工艺，改变含量，研究后依次抽真空、升温、保温、加压和保温保压烧结、冷却、脱模。电子封装材料粉末冶金法致密性研究复合材料烧结致密度的变化，实验结果见图。从图可以看出，随着含量从分别增加至，时，复合材料的烧结密度从逐渐降低至，主要原因是在烧结过程中，当含装量增加时，游离状态的相互相扩散生长的几率更大，很容易发生扩散长大（见图）。这种粗大颗粒容易使材料内部分布产生局部偏聚，这种偏聚往往阻断了相的连续接触，并且阻止液填充颗粒之间的孔隙，造成材料致密度降低。图为不同含量对应复合材料的金相组织照片。由图可以看出，含量的变化对复图莹兽等兰羔星含量对一复合材料致密度的影响合材料中颗粒的大小有影响，分析认为主要原因是改变了凝固条件。图小舍量复台材料的金柏组织）；）；（）一；（）；（）一粉末粒度对复合材料致密度的影响图为不同粉末粒度对复合材料致密度的影响。由图可见，随着粉末的中位粒度从“增大至，时，复合材料的烧结密度也逐渐从降低至，但不如含量对密度的影响大。不同粒度粉末烧结的高致密复合材料的金相组织照片见图。由图可见，当粉末粒度从增大至，时，复合材料的气孔数量均很少，而且相尺寸均很小，彼此没有明显差别。烧结温度对复合材料致密度的影响不同烧结温度对烧结致密度有影响，实图粉末粒度对复合材料致密度的影响一摹黼万方数据瓣材料工程年期验结果如表所示。图为烧结温度对一烧结致密度影响趋势图。当热压温度时，复合材料的相对密度大于。如果在温度下烧结，可以获得更加致密的样品（相对密度可达），但发生了少量液态铝被挤出的现象。因此，最合适的烧结温度应控制在之间。表烧结温度对烧结致密度的影响一图热压压力对一烧结致密度的影响一由表和图可见，当热压压力时，卜复合材料的相对密度大于。如果在高于下烧结，可以得到更加致密的样品，但如此高的压力已经接近高纯石墨的强度极限，石墨模具极易装蚤晶损坏。实际上在压力下热压烧结中，还发现熔融铝液在石墨模具下端被挤出的现象。由表和图可以明显看出，随着烧结压力的提高，复合材料的烧结致密度明显提高。等胡曾建立高压烧结模型分析致密化机理与过程，在施加压力前，粉末之间的缝隙较大，见图（），在一定三葛石配，温度下，烧结压力增加，球形粉末受挤压产生的塑性变形增加，参见图（），（），粉末之间的接触面也增加，有效地减小了粉末之间的问隙，从而增加了烧结材料的致密度，参见图（）。图烧结温度对烧结致密度的影响一从表和图可以明显地看出，随着烧结温度的提高，复合材料的烧结致密度明显提高，主要是因为烧结温度升高后，液填充颗粒之间的孔隙时的流淌性更好，同时液包裹颗粒表面的阻力减小，但要避免烧结温度过高，有文献指出，烧结温度过高会导致凝固后颗粒附近应力集中”。烧结压力对复合材料致密度的影响采用的卜混合球磨粉末为原料，在相同烧结温度，不同压力下热压烧结，测量样品的烧结致密度结果如表和图所示。表心幽图热压压力对烧结致密度影响的模型图（）热压前；（）开始加压；（）产生塑性变形；（）热压后热压压力对烧结致密度的影响一；（）；（）（）（）不同烧结致密度复合材料的微观组织图为不同烧结密度复合材料的微观组织。由图可以看出，当烧结密度仅为左右时，复合材料内部残余大量气孔，有的气孔尺万方数据电子封装材料粉末冶金法致密性研究寸较大，而且这些气孔之间几乎彼此相互连通。这样的开孑会严重影响材料的力学性能和气密性。随着烧结密度的提高，气孔数量明显减少。当相对密度大于时，仅存在微量难以发现的微小闭孔。烈潮淄蠢翔懑嚣秘衙蘸獬豁黔咚簿簌盼强翁燕蚓。烧站密应。复合制利“血纽（）（颗粒邶）；（）（颗粒）；（）（颗粒）；（）（颗粒）一（）（）；（），（）；（）（）；（）（）另外，对于一复合材料，当烧结密度较低时，颗粒相尺寸往往较大，而在大于高致密复合材料内相尺寸较小，且分布均匀，没有发现明显缺陷。在图中，当复合材料的烧结致密度分别为，大于时，相颗粒的平均尺寸分别为，肚。这是由于气孔给相的生长提供了自由空间。可见，要想减小颗粒尺寸，也必须尽量提高复合材料的烧结致密度。间，相对密度大于。（）随着烧结压力的提高，材料致密度明显增加，因为烧结压力增加时，球形粉末受挤压产生的塑性变形增加，粉末之间的接触面也增加，有效地减小了粉末之间的间隙，从而增加了烧结材料的致密度。本实验条件下最佳的热压烧结压力应为，相对密度可达，此时复合材料内部相颗粒的平均尺寸为“。参考文献张济山，熊柏青，崔华喷射成形快速凝固技术原理与应用北京科学出版社，结论（）在。的烧结条件下，随着含量，（），（）从分别增加至，时，卜复合材料的烧结密度从逐渐降低至，主要原因是当含量增加时，游离态的相扩散长大使材料内部分布产生局部偏聚，这种偏聚往往阻断了相的连续接触，并且阻止液填充颗粒之间的孑隙。（）随着粉末的中位粒度增大，一复合材料的烧结致密度略有降低；随烧结温度的提高，材料致密度明显增加，最合适的热压烧结温度应在之，（）王磊，张永安，刘红伟，等喷射成形合金封装材料的组织性能研究稀有金属，（）。，（）万方数据材料工程年期，（）张伟，杨伏良，甘卫平，等电子封装用高硅铝合金热膨胀性能的研究材料导报，（增刊），（）张家敏，易健宏，甘国友，等烧结粉末制备钛合金的工艺及组织材料工程，（），（）吴安如，黎小辉制备工艺对高硅铝合金的组织及性能的影响热加工工艺，（），（）赵彦玲，周凯，车万博，等铝硅合金轧制中增强体颗粒应力集中数值模拟口材料工程，（），一，（）一武高辉。修子扬，张强，等一种环保型电子封装用复合材料刀红外与激光工程，（增刊），（），口，（），（）李志辉，张永安，熊柏青，等喷射成形硅铝电子封装材料的电镀及钎焊性能口稀有金属，（），收稿日期；修订日期卜作者简介禹胜林（一），男，硕士，研究员级高级工程师，主要从事机械电子结构与工艺研究，联系地址江苏省南京市宁六路号，南京信息工程大学（），（）通讯作者薛松柏（一），男，博士，教授，博士生导师，主要从事电子封装材料研究，联系地址江苏省南京市御道街号，南京航空航天大徐才录，凝固条件和镁对学材料科学与技术学院（），合金组织的影响口材料工程，（），一米米米米米米米米米米米米米米米米米