电子封装用Al-50%SiC复合材料的组织和性能（英文）

采用粉末冶金法制备体积分数为50%、不同SiC颗粒尺寸(平均尺寸为23、38和75μm)的Al/SiC复合材料。研究SiC颗粒尺寸和退火对Al/SiC复合材料组织和性能的影响。结果表明,在所得复合材料中,SiC颗粒均匀分布在铝基体中。粗Si C颗粒能提高材料的热膨胀系数和热导率,细SiC颗粒降低材料的热膨胀系数和提高抗弯强度。经过400°C、6 h退火后,SiC颗粒的尺寸和形态没有发生变化,但材料的热膨胀系数和抗弯强度降低,热导率增大。退火后,SiC颗粒尺寸为75μm复合材料的热导率为156 W/(m·K),热膨胀系数为11.6×10~(-6)K~(-1),抗弯强度为229 MPa。     

液固分离制备SiCp/Al封装壳体的组织和性能

采用半固态触变液固分离工艺制备出底部具有高体积分数SiC(63 vol%)的Al基功能梯度电子封装壳体,借助光学显微镜和扫描电镜分析了壳体复合材料中SiC的形态分布及其断口形貌,并测定了其热物理性能和力学性能。结果表明,原始30vol%SiCp/Al复合材料在半固态触变成形中SiC颗粒和液相产生分离流动,液相从壳体中流出,SiC颗粒在壳体中聚集,其体积分数从壳体底面向四壁逐渐降低。组织和性能呈梯度变化。壳体底面具有高的热导率和低的热膨胀系数(CTE),这与芯片材料相匹配,壳体四壁具有良好的焊接性能。     

高体积分数SiCP/Al金属基复合材料的压渗铸造工艺及热物理性能

本文使用压渗铸造工艺制备含高体积分数SiC颗粒的SiCp/Al复合材料,测试其热导率和热膨胀系数.通过球磨研磨和挤压成型控制SiC颗粒大小和无机粘合剂含量,制备出SiC颗粒体积含量为50%～70%的SiC毛坯.优化工艺参数可在SiC毛坯中完全渗透熔融Al液.从体积含量为50%～70%的SiCp/Al复合材料的显微组织可知,气孔偏聚于SiC颗粒和Al基体的分界面上,所测的热膨胀系数和热导率与估算值相符合.在SiC颗粒体积分数高于50%～70%时,由于在分界面上存在残余气孔,所测值比估算值小.通过调控工艺参数,高体积分数的SiCp/Al复合材料在先进电子仪器组件上是替代热沉材料的不错选择.     

SiC颗粒级配对SiC_p/Al复合材料微观结构和性能的影响

采用放电等离子烧结技术制备高体积分数SiC_p/Al复合材料,研究SiC颗粒级配对复合材料微观结构、热和力学性能的影响。结果表明:放电等离子烧结制备的SiC_p/Al复合材料由SiC和Al两相组成,SiC颗粒基本呈均匀随机分布、层次明显,SiC颗粒与Al基体界面结合强度高且无Al_4C_3等脆性相生成。在双粒径级配的SiC_p/Al复合材料中,SiC体积分数从50%增加到65%时,其相对密度从99.93%下降到96.40%;其中,当SiC体积分数为60%时,复合材料的相对密度、热导率、平均热膨胀系数(50～400℃)和抗弯强度分别为99.19%、227.5W/(m·K)、9.77×10~(-6) K~(-1)和364.7MPa。     

SiCp/Al复合材料导热性能的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟,建立了平面四颗粒和多颗粒随机分布复合材料测试模型,研究了颗粒体积分数、颗粒粒径、颗粒形貌以及基体对复合材料导热性能的影响.结果表明,SiCp/Al复合材料的热导率随SiC颗粒体积分数增加而下降;复合材料热导率随颗粒粒径的增大而稍有变化;球形颗粒复合材料热导率高于方形颗粒复合材料热导率,ZL101基体复合材料热导率高于ZL102基体复合材料热导率.     

SiC_P/Al复合材料导热性能研究

采用铝液无压浸渗工艺制备了SiCP/Al复合材料,研究了基体金属、颗粒粒径、颗粒体积分数、颗粒形貌对复合材料导热性能的影响。结果表明,以ZL101为基体的该复合材料的热导率高于以纯铝1060为基体的热导率,以纯铝1060为基体的SiCP/Al复合材料存在Al4C3。SiCP/Al复合材料的热导率随SiC颗粒粒径增大而增大,而颗粒体积分数越高,复合材料的热导率越低。近球形SiC颗粒增强复合材料的热导率高于不规则形颗粒增强复合材料的热导率。     

SiC体积分数对铜基复合材料性能的影响

采用热压粉末冶金法引入Al和Mg元素制备SiC/Cu复合材料,研究SiC体积分数对SiC/Cu复合材料性能的影响。采用X射线衍射、阿基米德排水法、三点弯曲法和扫描电镜分析复合材料样品的物相组成、相对密度、力学性能及微观形貌,并测定其导热系数和热膨胀系数,用ROM混合定律和Turner模型预测复合材料的热膨胀系数。结果表明：试样基体中生成了AlCuMg相,强度大幅增加,且以混合型断裂为主;当SiC体积分数较低时,SiC颗粒在基体中分散较均匀。当SiC体积分数为35%时,SiC/Cu复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数分别为98.81%、478 MPa、254.76 W/(m·K)和11.84×10^-6/K。随着SiC体积分数的增加,SiC颗粒团聚较严重,复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数随之降低,其硬度呈先增加后降低的趋势,在SiC体积分数为45%时达到最大值110 HRB。Turner模型的预测值与复合材料实测值最为接近。     

SiC粒径比及体积比对SiCp/Al-5Si-2.5Mg复合材料组织及性能影响

采用放电等离子烧结技术制备60 vol%SiCp/Al-5Si-2.5Mg复合材料,研究SiC粒径比及粗/细体积比对复合材料微观组织、热导率和抗弯强度的影响。结果表明:随着细SiC粒径减小,其抗弯强度增加、热导率降低;同时,随着细SiC体积分数增加,其抗弯强度增加、热导率先升高后下降;当复合材料中SiC粒径比为76/16、体积比为3∶1时,热导率、平均热膨胀系数(100~400℃)、抗弯强度分别为214 W/(m·K)、9.8×10~(-6)K~(-1)和309 MPa,其断裂方式以SiC解理断裂和基体的韧性断裂为主。     

高性能SiC增强Al基复合材料的显微组织和热性能

采用模压成型和无压浸渗工艺制备了高体积分数SiC增强Al基复合材料(AlSiC),对其物相和显微结构进行研究。结果表明:用上述方法制备的AlSiC复合材料组织致密,两种粒径的SiC颗粒均匀分布于Al基质中,界面结合强度高;SiC增强颗粒与Al基质界面反应控制良好,未出现Al4C3等脆性相。分析指出:Al合金中Si元素的存在有利于防止脆性相Al4C3的形成,Mg元素的加入提高了Al基体和SiC增强体之间的润湿性。所获得复合材料的平均热膨胀系数为9.31×10 6K 1,热导率为238 W/(m.K),密度为2.97 g/cm3,表现出了良好的性能,完全满足高性能电子封装材料的要求。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的显微组织与力学性能

采用压铸浸渗法制备了体积分数为50%的SiC/Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn耐热铝基复合材料.通过拉伸测试与组织观察,研究了高体积分数SiC颗粒增强对基体合金的显微组织与力学性能影响.结果表明,在基体Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn合金中掺入高体积分数的SiC颗粒后,复合材料的时效硬化与拉伸性能得到了大幅度的提高,185 ℃峰时效处理后的抗拉强度从356 MPa增大到520 MPa.SiC/Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn复合材料的组织致密,分布均匀,其断裂方式包括界面脱开、基体韧断和增强体开裂.高体积分数SiC颗粒的增强并不改变基体合金的时效析出过程,析出相由Ω相和少量θ＇相组成,但SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Al4C3化合物.     

高体分比SiCp／Al复合材料的近净成形技术

高体积分数SiCp／Al复合材料具有优异的热物理性能,且密度较低,是非常理想的电子封装材料。但是由于其本身高的脆性和硬度,使得该材料很难通过二次机械加工成所需要的形状,严重制约了该材料的应用：采用粉末注射成形-无压熔渗工艺成功实现了高体积分数SiCp／Al复合材料的近净成形：采用该工艺所制备的复合材料的致密度高于99％,可实现热膨胀系数在（5—7）×10^-6K^-1范围内进行调节,材料的热导率高于185W／（m·K）,抗弯强度高于370MPa,气密性可达10^-11Pa·m^3·s^-1,各项指标均叮以满足电子封装对材料的性能要求,另外为了实现SiCp／Al复合材料与其他材料的封接,项目成功开发了一种Al—Si—Cu系焊料,封接后器件的各项性能指标尤其是气密性也均能满足使用要求。     

液固分离法制备Al-65vol%Si电子封装材料组织及性能

采用液固分离法制备了Al-65vol%Si电子封装材料,借助扫描电镜、透射电镜等手段分析了合金中Si相的形态分布、界面及断口形貌,测定了合金的热膨胀系数、热导率及抗弯强度。结果表明:Al-65vol%Si合金组织中硅相颗粒分布均匀,形状规则呈近团球状和短杆状,Al/Si两相界面光滑、平直,无缺陷。合金密度2.4 g/cm3,室温下的热导率(TC)为119.5 W/(m.K),热膨胀系数(CTE)从50℃到400℃在6.5×10-6～11.3×10-6/K范围内稳定增加,抗弯强度为132 MPa,Si相的脆性断裂为主要断裂方式。Al-65vol%Si合金性能满足电子封装要求。     

弥散质点和SiC颗粒复合强化Al基复合材料 Ⅱ．性能和断裂特征

对机械合金化制备的Ａｌ_４Ｃ_３、Ａｌ_２Ｏ_３弥散质点和ＳｉＣ颗粒复合强化Ａｌ基复合材料进行了拉伸试验和断口分析，并测定了弹性模量和热膨胀系数．研究表明，在ＳｉＣ_ｐ／Ａｌ复合材料中引入弥散的Ａｌ_４Ｃ_３和Ａｌ_２Ｏ_３质点可以明显提高复合材料的室温和高温强度，随加入Ｃ含量的增加或Ａｌ粉氧化时间的加长，复合材料的强度提高．在Ａｌ_４Ｃ_３／Ａｌ复合材料的基础上加入ＳｉＣ颗粒可以提高复合材料的弹性模量并进一步降低其热膨胀系数．复合材料断口为大韧窝加细小韧窝的混合断口，随复合材料基体强度的增加，拉伸断口上断裂的ＳｉＣ颗粒数量增多．     

DISPERSOID AND SiC PARTICULATE STRENGTHENED Al COMPOSITES Ⅱ. PROPERTIES AND FRACTURE BEHAVIOUR

对机械合金化制备的Ａｌ_４Ｃ_３、Ａｌ_２Ｏ_３弥散质点和ＳｉＣ颗粒复合强化Ａｌ基复合材料进行了拉伸试验和断口分析，并测定了弹性模量和热膨胀系数．研究表明，在ＳｉＣ_ｐ／Ａｌ复合材料中引入弥散的Ａｌ_４Ｃ_３和Ａｌ_２Ｏ_３质点可以明显提高复合材料的室温和高温强度，随加入Ｃ含量的增加或Ａｌ粉氧化时间的加长，复合材料的强度提高．在Ａｌ_４Ｃ_３／Ａｌ复合材料的基础上加入ＳｉＣ颗粒可以提高复合材料的弹性模量并进一步降低其热膨胀系数．复合材料断口为大韧窝加细小韧窝的混合断口，随复合材料基体强度的增加，拉伸断口上断裂的ＳｉＣ颗粒数量增多．     

热处理对金刚石/2024Al复合材料微观组织和热物理性能的影响

采用挤压铸造法制备粒径为5μm、体积分数为50%的金刚石/2024Al 复合材料。退火处理后对其金相组织界面反应、界面结合情况以及金刚石颗粒的内部缺陷进行观察与分析,并对其热物理性能进行测试与研究。结果表明,金刚石/2024Al 复合材料的组织致密,无明显的气孔、夹杂等缺陷;颗粒为不规则多边形,有棱角,分布比较均匀。透射电镜观察表明,部分金刚石颗粒内部有位错和层错存在,而2024Al 基体中的位错密度较大,金刚石/2024Al界面处有较多的界面反应物生成,可能为Al2Cu。复合材料在20~100°C温度区间内的平均热膨胀系数为8.5×10-6°C-1,退火处理的复合材料其热膨胀系数有一定程度的降低;随着温度的升高,复合材料的平均热膨胀系数也呈现增加的趋势。复合材料的热导率约为100 W/（m·K）,退火处理能够提高复合材料的热导率。     

Si含量对Si/Al复合材料组织及性能的影响(英文)

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备不同Si含量的电子封装用Si/Al复合材料,测试复合材料的性能,包括密度、热导率、热膨胀系数及弯曲强度;进行成分及断口分析,研究Si含量对Si/Al复合材料微观组织及热、力学性能的影响规律。结果表明:Si/Al复合材料由Si、Al组成,Al均匀分布于Si晶粒之间;随着Si含量的降低,Si/Al复合材料的相对密度不断增大,当Si含量为50%(体积分数)时,复合材料的相对密度达到98.0%;复合材料的热导率、热膨胀系数及弯曲强度均随着Si含量的增加而减小,当Si含量为60%(体积分数)时,复合材料具有最佳的热导率、热膨胀系数及强度匹配。     

具有双层结构的电子封装用可激光焊接Si_p-SiC_p/Al混杂复合材料(英文)

结合预制件一次性模压成型和真空气压浸渗技术制备具有双层结构的高体积分数(60%~65%)、可激光焊接Sip-SiCp/Al混杂复合材料。该复合材料的组织结构均匀、致密,增强相颗粒均匀地分布在复合材料中,Sip/Al-SiCp/Al界面均匀、连续、结合紧密。性能测试表明,Sip-SiCp/Al混杂复合材料具有密度低(2.96 g/cm3)、热导率高(194 W/(mK))、热膨胀系数小(7.0×10-6K-1)、气密性好(1.0×10-3(Pacm3)/s)等优异特性。焊接试验表明,Sip-SiCp/Al混杂复合材料具有良好的激光焊接特性,其焊缝平整、致密,微观组织均匀,没有生成明显的气孔和脆性相Al4C3。同时,Sip-SiCp/Al混杂复合材料激光封焊后优异的气密性(4.8×10-2(Pacm3)/s)能够满足现代电子封装行业对气密性的严格要求。     

电子封装SiCp／Al复合材料导热性能研究与进展

概述了电子封装用SiCp／Al复合材料导热性能研究的现状与进展,分析了基体成分、增强体SiCp颗粒体积分数、增强体SiCp颗粒尺寸及形貌、热处理工艺以及复合材料中界面对SiCp／Al复合材料导热性能的影响,并介绍了复合材料热导率的理论计算模型与测试方法。     

EFFECTS OF HEAT TREATMENT ON THE THERMAL EXPANSION BEHAVIOR OF SiC WHISKER REINFORCED ALUMINUM COMPOSITE

1. IntroductionHigh specific stiffness and strength, good fatigue properties and tribological propertiesmake SiC whisker reinforcement aluminum composite as attractive class of candidates formany applications such as aerospace and electronic industries[1--2]. As structural componellts with temperature variable the materials used must have good performance includingnot only high mechalilcal properties, but also lower and stable coefficients of thermal expansion. Therefore, it is very important…     

Microstructures and mechanical properties of Al 2519 matrix composites reinforced with Ti-coated SiC particles

Ti-coated SiC_p particles were developed by vacuum evaporation with Ti to improve the interfacial bonding of SiC_p/Al composites. Ti-coated SiC particles and uncoated SiC particles reinforced Al 2519 matrix composites were prepared by hot pressing, hot extrusion and heat treatment. The influence of Ti coating on microstructure and mechanical properties of the composites was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The results show that the densely deposited Ti coating reacts with SiC particles to form TiC and Ti₅Si₃ phases at the interface. Ti-coated SiC particle reinforced composite exhibits uniformity and compactness compared to the composite reinforced with uncoated SiC particles. The microstructure, relative density and mechanical properties of the composite are significantly improved. When the volume fraction is 15%, the hardness, fracture strain and tensile strength of the SiC_p reinforced Al 2519 composite after Ti plating are optimized, which are HB 138.5, 4.02% and 455 MPa, respectively.