alsiltpgt电子封装材料的制备及性能研究

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1、：海交通人学博l：学位论文摘要AI／Sip电子封装材料的制备及性能研究摘要随着集成电路集成度的迅速增加和芯片尺寸的减小，集成电路中单位体积的发热率迅速增加。而传统、单一组成的电子封装材料已很难满足电子工业发展的要求，因此新型的电子封装材料成为了近几年国内外竞相研究的热点课题，其中包括对具有适宜热膨胀系数和高热导率的硅颗粒增强铝基复合材料(AI／SiD)的研究。这种新型的电子封装材料不仅具备比A1／SiC。更为优良的加工性能，而且还具有质量轻；环境友好，不含有害健康的元素：良好的焊接性能；易于回收处理；原材料的制备工

2、艺成熟和成本低廉等优点。但日自，J．用于制备Al／Sip的工艺中存在着以下不足：制备出的复合材料的致密性不高；在制备AI／SiD复合材料的过程中，一定的压力会导致脆性硅颗粒出现破碎及在大颗粒上产生微裂纹等现象。A1／Sip复合材料内部的这类缺陷不仅会降低A1／Si。的强度，J斫』J．会恶化复合材料的热导率等性能；另外，目前对AI／Sip电子封装材料性能尚末展月：深入研究。因此本文针对目fji『A1／Si。复合材料的研究状况，首先丌发出一种适用于制备AI／SiD复合材料的新工艺，即把凝胶注模成型工艺引入到制备硅预制件

3、的过程中，其中硅浆料流变性能的研究是凝胶注模成型工艺的重要前提；在成功制备出高体积分数、且无破碎和微裂纹存在的硅颗粒组成的预制件的基础上，结合真空压力浸渗【：艺制备A1／Si。复合材料。制备出的A1／Sip复合材料不仅致密性较好，而且材料内部的增强体硅颗粒不存在破碎和微裂纹，从而达到提高复合材料力学性能和热物理性能的目的；为进一步提高单一硅颗粒增强铝基复合材料的强度，本文还设计出·种硅颗粒和SiC。颗粒混杂增强铝基复合材料，通过综合研究SiCp颗粒对A1／Si。复合材料力学、热物理及加工性能的影响，优选了混杂颗粒I

4、’日J的配比。以下为本文的_}j嗄研究结果：首先，研究了分散剂四甲基氢氧化铵(TMAH)、pH值对硅浆料流变性能和稳定性能的影响。研究结果表明，硅在水溶液中的分散特性依赖于其表面氧化物的强烈水解，Si颗粒通过静电稳定作用达到稳定分散。分散剂四甲基氢氧化铵(TMAH)能显著地提高硅颗粒Zeta电位的绝对值，从而优化了浆料的流变性能和稳定性。当分散剂加入量为硅颗粒质量的0．4wt％时，硅颗粒Zeta电位的绝对值最大，而过量分散剂的加入则会增加浆料中的离子浓度，导致双电层厚度减小，从而恶化浆料的流变性能。研究结果同时表明

5、，制备硅浆料适宜的pH值为9．6；高含量、低粘度硅浆料的制备是获得预制件的基础，而关键则是浆料原位固化海交通人学博Ij学位论文摘要工艺的实现。因此，本文把凝胶注模成型工艺引入到制备金属基复合材料上来，即首先采用凝胶注模成型工艺成功地制备出了由无破碎和微裂纹存在的大粒径的硅颗粒组成的硅预制件，且预制件的微观结构均匀，然后采用真空压力浸渗工艺成功地制备出了致密性较好的A1／Sip复合材料，A1／Si。复合材料的热导率可达129．3W／m·K，密度均小于2．59／cm3。该工艺成功地解决了目前制备Al／Sip复合材料工艺

6、中存在的一些不足，如制备出的A1／SiD复合材料内部的硅颗粒存在着破碎和微裂纹等。通过对A1／Si。复合材料性能的研究，结果表明含有不同体积分数硅颗粒的A1／Sip复合材料的热膨胀系数在7．18到9．35x10击／℃之间变化，且和Turner模型的预测值较接近；对AI／Si。复合材料断裂面的分析，揭示了A1／Si口复合材料的断裂行为是：当AI／Sip复合材料受到外力时，硅颗粒会承受较多的载荷，到达一定程度时，硅颗粒开始发生断裂，然后以断裂的硅颗粒为裂纹源向金属基体延伸，并相互连接起来而导致材料的最终断裂。为迸一步提

7、高A1／SiD复合材料的性能，设计出一种混杂颗粒增强铝基复合材料，即用相同体积分数和尺寸的SiC。来替代A1／Sip复合材料中的部分硅颗粒。结果表明，通过混杂增强的方法可以提高复合材料的热物理性能和强度，当用13％体积分数的小尺寸的硅颗粒被同样体积分数和尺寸的SiCp颗粒替代时，A1／Sip复合材料的弯曲强度和热导率分别被提高了20．1％和10％，而热膨胀系数降低了8．6％。通过综合研究SiC。颗粒对AI／SiD复合材料力学、热物理及加工性能的影响，结果表明对于含有65vol％体积分数硅颗粒的A1／SiD复合材料而

8、言，9v01％的10#m硅颗粒被同样尺寸和体积分数的SiC。颗粒所取代时，复合材料的综合性能达到了最佳。关键词：电子封装，硅浆料，凝胶注成型，无压浸渗，断裂，加工性能STUDIESONTHEFABRICATIoNANDPROPERTIESoFELECTRONICPACKAGINGMATERIAL--AI／SipABSTRACTWithhighlyincrea