高性能SiCpAl电子封装壳体的近终成形研究.pdfVIP

154 2009全国粉末冶金学术会议 高性能SiCp／A1电子封装壳体的近终成形研究 何新波任淑彬董应虎曲选辉 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用粉末注射成形制备SiC。预成形坯体和m合金熔渗相结合的技术实现了高性能SiC。／A1电子封装壳 体的近终形成形，壳体尺寸精度优于0．3％。注射成形制备SiC。预成形坯体的最佳参数为注射温度160℃，注射压力 熔渗工艺中需要严格控制熔渗时间，熔渗时间过长会导致坯体被Al熔体过度熔浸，在复合材料表面产生Al合金层，AJ 合金层厚度随保温时间的延长而增加。所制备的SiCp／Al复合材料封装壳体的热物理性能优异，热膨胀系数为7．2× lO_oK～，热导率为180(w／m-K)，密度为3．00g／em’，能够满足电子封装对材料，l生能的要求。 关键词siC／Al复合材料，电子封装，注射成形，熔渗 1 前言 密度、高强度与硬度的理想材料，为各种微波和微电子以及功率器件、光电器件的封装与组装提供所 需的散热材料，可望替代分别以Kovar和w—Ca、Mo—Cu为代表的第一、第二代专用电子封装合金， 尤其在航空航天、光电器件的封装方面迫切需求¨。5J。从性能上分析，Sic。／AI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一些复杂形状 器件，这就严重制约了该材料的广泛使用。因此，开展针对该材料的近终形成形工艺研究具有非常重 要的价值。本课题组首次提出了采用粉末注射成形制备SiC。预成形坯体，然后再利用魁合金熔渗来 实现高体积分数SiC。／AI复合材料的近终形成形的新方法，并就相关的制备工艺进行了详细的研究和 讨论M一7J。本文将重点针对具体的复杂形状SiCD／m电子封装外壳，开展制备工艺研究，重点讨论制 备工艺过程中样品的尺寸变化，熔渗工艺参数(包括温度，保温时间等)对复合材料表观及性能的影 响，以期获得满足要求的SiC。／m电子封装外壳零件。 2实验过程 采用平均粒径为W63和W14两种粒径的SiC粉末按3：2比例进行混合，然后与粘结剂进行混炼 获得喂料，SiC的粉末装载量为63％(体积分数)前期对无压熔渗SiCp／Al复合材料性能的研究发现， 采用该粒度和装载量获得的复合材料综合性能较好。通过研究发现，在注射温度为1600C，注射压力 为70MPa的条件下，能够制备出质量较好的SiC注射坯，然后进行溶剂脱脂和真空热脱脂以及 l 上图1所示的放置方法一起放入氮气氛炉中于10000C进行熔渗。 3结果与讨论 3．1 SiCp预成形坯体的制备 前期研究结果表明，在注射温度为160。C，注射压力为70MPa的条件下，可以制备出具有最终外 有色金属粉末及制品 脂和顶烧结的SiC。预成形坯体的照片及对应的娃微组织。 田2董泉*牡SKip＆射坯体显预维咎坯体的月片豆对应的显徽塑 3．2 AI合金的熔渗 000E，N：气氛条件下可以获得高致密度 采用成分为AI一12Si一8Mg(质量分数)的^l合金井在 和高性能的SiCp／AI复台材料。罔此本实验采用r 10006C．N：气氛条件进行熔渗。凰3为熔渗高度(壳体 的高度为124mm)随保温时间的变化，可见保温lOmin 后．Al熔体即可以将SiC预成形坯壳体中的孔隙全部目、I∞l 填充。 图4为熔渗sIc。／AI壳体底面及侧面的显微组织， l目H 可以看出熔港组织均匀，没有叫显的孔隙，SiC颗粒均 匀分布AI基体中．没有出现SiC粉体的局部团聚现象。 值得注意的是，尽管保温时间超过10rain后，坯体 也被完全熔渗，但是在熔渗完整的壳体表面有一层均匀 囤3壳体熔謦长度与时间的关系 a底面 b侧面 田4蚺渗SiC∥AI壳体底面曩侧面的显张组‰ 2009全目掰末冶盘学术会议 的Al台金存在，如同5所示，并且表面