电子封装SiC-%2cp-%2fAl复合材料热导率的研究.pdf

题目：电子封装SiCp/Al 复合材料热导率研究 作者：邹爱华 导师：周贤良 教授 学位：硕士 学校：南昌航空大学 摘 要 本文以电子封装为应用背景，分别采用无压渗透法制备了不同SiC 颗粒粒径 （220µm 、90µm 、63µm ），不同SiC 颗粒形状（不规则形状、近球形），不同铝基 体（含5%、9%、12%的合金元素Si，含3.5%、6.3%、10.2%的合金元素Mg ）， 及其不同热处理状态（固溶时效、退火）的 SiCp/Al 复合材料试样；用预制模渗 透法制备不同体积分数(38.4%、48.93% 、52%、62%)，不同气孔含量（3.7%、3.0%、 2.4% 、1.7%）的SiCp/Al 复合材料试样。利用OM、XRD 、SEM 及TEM 对所制 备的复合材料的组织、物相、微观形貌进行了观测分析；利用激光导热仪测定了 SiC /Al 复合材料的热导率。探讨了SiC 颗粒的大小、形状、体积分数，气孔含量， p SiC 和A1 之间的界面性能与热导率的关系，并从界面面积、界面状态两个统一的 角度分析了复合材料热导率的变化规律。在Maxwell 理论基础上，结合复合材料 微观力学模型，初步建立了简单的适合SiC /Al 复合材料的理论预测模型。 p 研究结果表明：（1）随着SiC颗粒粒径的增加，SiCp/Al复合材料的热导率增加； 近球形SiC颗粒与不规则形状SiC颗粒增强复合材料的热导率相比，有一定提高； 随着颗粒体积分数的增加, SiCp/Al复合材料的热导率呈降低趋势，且在体积分数小 I 于50%时，下降较为明显；当复合材料有微量孔洞时，其导热性能下降，但下降幅 度不大；这些热导率之间的差异主要是由SiC颗粒所提供的散射面积不同而引起。 （2 ）基体中加入适量的Si元素可明显抑制界面反应的进行，并且随着基体合金中 Si含量的增加，SiC /Al复合材料的热导率降低，但不是呈线性下降；基体中单纯 p 加入Mg元素不能抑制界面反应的发生，有界面反应物A1 C 生成，且界面反应程 4 3 度随着Mg含量的增加而减少，但能改善Al/ SiC体系的润湿性，随着基体合金元素 Mg含量的增加，复合材料的热导率呈上升趋势，当Mg含量超过6.3%时，其热导率 增加的幅度减小；SiC颗粒表面进行氧化处理可以抑制有害界面反应的发生，也可 改善润湿性，SiC在800℃×4h氧化时比在1100℃×4h更有利于提高复合材料的热导 率；SiC /Al复合材料在经过四种不同固溶时效处理后热导率比退火态的高，而且 p 在四种固溶时效中，495 ℃固溶3h，200 ℃时效3h的热导率最高；（3 ）建立的理论 预测模型，与实测值符合较好，模型不仅考虑了界面效应，在一定程度上也考虑 了粒子的形状。 关键词： 电子封装，SiC /Al 复合材料，无压渗透法，热导率，理论模型 p ABSTRACT For the purpose of electronic packaging applications, SiCp/Al composites which include different SiC particle diameter(220µm,90µm,63µm),different SiC particle shape(irregularity and sphericity), different Si element content （5%,9%,12% ）,Mg element content （3.5%,6.3%,10.2% ）in matrix, different heat treatments(the annealing treatment 、 the solution aging ) were fabricated by pressureless