電子封裝銅基復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、本文以電子封裝基板為應(yīng)用背景，設(shè)計并采用擠壓鑄造方法制備了體積分?jǐn)?shù)為55～67％的Mo/Cu復(fù)合材料和體積分?jǐn)?shù)同為55％，增強(qiáng)體粒徑分別為10μm、20μm和63μm的SiC/Cu復(fù)合材料。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、熱膨脹分析儀、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率測試儀、布氏硬度和拉伸、三點(diǎn)彎曲、斷裂韌性試驗等多種手段對復(fù)合材料的微觀組織及其形成機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，測試了復(fù)合材料的物理性能和力學(xué)性能，并分析了相關(guān)的影響因素。

2、
　　論文從材料設(shè)計的角度確定了復(fù)合材料的組元、結(jié)合工藝試驗，通過獨(dú)特的工藝成功地制備出高致密、高純度的Mo/Cu復(fù)合材料，其致密度達(dá)99.2％以上，平均線膨脹系數(shù)(20℃～100)℃介于8.0～9.8×10-6/℃之間，熱導(dǎo)率介于195～226W/(m·)℃之間，電導(dǎo)率介于37.4～49.8%IACS之間，滿足電子封裝應(yīng)用高致密、低膨脹，高導(dǎo)熱和高導(dǎo)電的性能要求。
　　透射組織觀察表明，復(fù)合材料中Mo顆粒以單體、多晶體和單

3、體的結(jié)合體形式均勻分布，顆粒內(nèi)部以位錯缺陷為主，SiC顆粒內(nèi)部存在層錯等晶體缺陷；基體在SiC顆粒的作用下，表現(xiàn)為高密度的“T”型孿晶結(jié)構(gòu)，而在Mo顆粒的作用下，表現(xiàn)為低密度的位錯和少量的孿晶。
　　本文的制備工藝獲得了潔凈的Mo-Cu界面，沒有發(fā)現(xiàn)界面反應(yīng)物或非晶層。SiC-Cu界面上存在明顯的界面反應(yīng)，嚴(yán)重時形成連續(xù)的殼狀包裹于顆粒表面。分析認(rèn)為，SiC的表面在高溫液態(tài)Cu的作用下分解成Si和C；電子衍射與EDS分析表明：Si

4、只是均勻的固溶到基體Cu中，沒有形成CuSi化合物，而C則以球狀或片狀形式聚集在SiC顆粒原始表面附近，其界面在外形上呈Cu(Si)/C/Cu(Si)/SiC的結(jié)構(gòu)，并給出了這種界面的形成過程模型。
　　Mo/Cu復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)隨著Mo含量的增加而減小，并呈現(xiàn)定膨脹特征，這是物理膨脹特性與內(nèi)應(yīng)力交互作用的結(jié)果。在相同的體積分?jǐn)?shù)下，SiC/Cu復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)隨著增強(qiáng)體顆粒尺寸的減小而減小，增強(qiáng)體對基體膨脹的約束作用與其界

5、面的比表面積有關(guān)。退火處理減小了基體中的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致Mo/Cu和SiC/Cu復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)小于鑄態(tài)材料。
　　本文利用EMA方法計算出Mo/Cu潔凈界面的熱阻值在0.107～0.119×10-8m2·℃/W。試驗證實(shí)，Mo/Cu復(fù)合材料的洛倫茲數(shù)在2.61～3.01×10-8(W·?)/K2之間，與理論值接近。Mo/Cu復(fù)合材料高導(dǎo)熱和高導(dǎo)電性能與制備工藝有關(guān)，高的致密度和潔凈的界面是關(guān)鍵因素。對于SiC/Cu復(fù)合材料，顆粒

6、粒徑的細(xì)化帶來了大量的界面及界面反應(yīng)物，增強(qiáng)了界面對熱傳導(dǎo)和電傳導(dǎo)的阻礙作用，從而導(dǎo)致熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率隨顆粒的尺寸減小而減小。
　　本文制備的Mo/Cu復(fù)合材料獲得了優(yōu)異的強(qiáng)度和塑性，其中體積分?jǐn)?shù)為60％的Mo/Cu復(fù)合材料其抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為542.3MPa和1100.3MPa，拉伸延伸率為5.72％，斷裂韌性為30.03MPa?m1/2，顯示出良好的塑性加工能力。與現(xiàn)行國內(nèi)外同類材料相比，強(qiáng)塑性顯著提高。Mo/Cu復(fù)合材料