Si-Al电子封装材料的制备研究

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1、摘要本文探索了新型硅铝复合材料的制备方式和形成机理。其研究对象硅铝复合材料具有低膨胀、高导热、低密度的优良综合性能，是一种前景广阔的理想电子封装材料，可替代传统材料应用于航天微波电路等。文章着重讨论了具体制备方式以及工艺参数对材料组织形貌和性能的影响。同时通过金相、X．射线、差热分析及扫描电镜对体系的微观组织、润湿性和界面反应进行分析。实验结果表明：要获得性能良好的Si--A1复合材料，关键在于选择调控工艺，达到致密均匀的组织结构以及反应产生的良好界面结合。采用高压力冷压+真空热压的方式可成功制备出高性能大尺寸的实用Si--AI材料，其热

2、导率高于110W／m·K；热膨胀系数从5一-．10X10{／K可调控；密度低于2．59／cm3；烧结时间短、压力低。冷压时的高压制压力有促使硅铝体系在烧结温度达到Al。03膜破裂温度后发生界面反应的作用，使得界面由机械结合向良好的化学冶金结合状态转变，有效的降低了界面热阻。热压主要通过烧结时的外加压力来克服体系非润湿状态下的毛细阻力；从而使材料近乎完全致密化，并保证了压力作用下形成硅颗粒均匀分布，铝相连续网络状包裹的较为理想的凝固形貌组织。此外，N：气保护下添加元素Mg的方式也可在界面处引入强烈的放热反应，有效提高体系润湿性能，改善界面结

3、合方式，获得较为理想的Si--A1组织形貌，但添加元素会损害材料的热导性能。关键词Si-A1，电子封装，复合材料，润湿，界面结合ABSTRACTThefabricatingmethodsandformingmechaniasfornovelsilicon—aluminumcompositeswereinvestigatedinthiSpaper．Si—A1compositesareattractireaselectronicpackagingapplicationsfortheirlowdensityandlowcoefficientof

4、thermalexpansion(CTE)，togetherwiththeirgoodthermalconductivity(TC)．Theeffectsoffabricationandprocessingparametersonthemorphologyandpropertieswerestudied．／tndthemicrostructure，wettabilityandinterfacialreactionsofcompositeswereanalysisbyopticalmicroscopy(OM)，x-raydiffractio

5、n(XRD)，differentialthermalanalysisandscanningelectronmicroscopy(SEM)．Theconclusionsobtainedinthisstudywereshownasbelow：Anewmethodinvolvinghighpressingpressureandhotpressingwasusedtofabricateelectronicpackagingsilicon—aluminumcomposites．Thecompositesexhibitedacontrollablet

6、hermalexpansioncoefficientbetween5and10X10咱／K，agoodthermalconductivityvaluemorethan110W／m·K，andadensitylowerthan2．59／cm．AninterfacialreactionbetweenA1andsilicondioxideafterthefractureofaluminumoxidefilmexistsinSi——A1systemathighpressingpressure，whichwouldimprovetheinterfa

7、cialbondingofthissystem．Duetothepressureapplied，perfectcompositeswithnoporositycanbefabricatedbyhotpressing，andametallicconnectivenetworkwi1lbedevelopedaftersolidification．Moreover，theroleoftraceelementadditivesonenhancementofthewettingprocessandimprovementofstructurewass

8、tudied，whichcanleadtoapotentiallymoreeconomicalmethodtopreparesuchakindofnon—wettingsystem．Keywo