高体积分数电子封装用铝基复合材料性能研究.pdf

第卷,第期电子与封装总第期
,哈年月

封装组装与测试

高体积分数电子封装用铝基复合材料性能研究

修子扬,张强,武高辉,宋美慧,朱德志

一
哈尔滨业大学材料科学与丁程学院黑龙江哈尔滨

摘要高体积分数颗粒增强铝基复合材料由于其具有高导热、热膨胀系数可以调整、低密度和低
成本而在电子封装领域有着广泛的应用文章采用挤压铸造法制备了复合材料,金相观察表
明,复合材料的铸态组织致密,颗粒分布均匀,没有微小的孔洞和明显的缺陷复合材料℃一℃
的平均线膨胀系数为一一“·℃一’,导热率大于·℃一,,同时复合材料

·
具有较低的密度一,、较高的比强度、比模量采用化学镀的方法,复合材料表面的镀
层连续、均匀,以其作为底座的二极管满足器件可靠性测试要求
关键词铝基复合材料性能电子封装
中图分类号文献标识码文章编号一一一

一

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讯等领域的迅速发展,急需要研制新一代电子封装材

。、
前言料电子封装材料要求具有导热性能好热膨胀系
数与半导体或者陶瓷基片材料相匹配、密度低、力

·
电子封装材料主要用来机械支持、密封保护和散学强度高以及易加工等性能一’’。

」
失电子元器件的热量。随着计算机、航空航天、通常用的电子封装材料以及性能如表所示’一“。

收稿日期《洲〕一一

一
第卷第期修子扬,张强,武高辉,宋美慧,朱德志高体积分数电子封装用铝基复合材料性能研究

盯合金的膨胀系数较小,并具有良好的焊接性复合材料。
能,但是热导率低,且密度较大、、和使用照相机拍摄复合材
一材料的热膨胀系数和热导率都较合适,但是密料金相显微组织,复合材料热膨胀系数在膨
度较大、可焊性差一复合材料性能优异,但胀仪上测量,加热速率℃。参照一中
是有剧毒,价格昂贵,限制了材料的应用。复的规定,根据联机测试的温度一伸长量曲线,对数据进
合材料由于其高导热、可调的热膨胀系数、低比重、高行处理,得到材料℃一℃间的平均线膨胀系数
比强等特性而受到了研究者的青睐,但是难加工问题为了减小设备的系统误差,在相同的实验条件下,采
极大地限制了它的广泛应用。可见,这些材料无法兼用氧化铝标样进行校准。热导率测试在型热导
顾电子封装材料的综合性能要求。率测试仪上进行,测试温度为℃。力学性能采用三
表常用的电子封装材料及其性能点弯曲试验测试,试样尺寸为
,跨距,设备为万能电子拉伸
密度热膨胀系数热导率
,。
材料·一
一℃一℃,试验机压头位移速度为

一装人

刀

一一一刀一一

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一

最新发展起来的复合材料,因为铝硅之间
有着良好的润湿性,在铸造过程中没有中间相化合物
产生,所以复合材料能够较好地继承增强体和
基体的优良特性,而且其低膨胀、高导热、低密度和
图挤压铸造装置示意图
易加工等特性更受到了广大研究者的青睐同时随着
新世纪科技的飞速发展,绿色工业与绿色材料的概念

,
越来越受到人们的重视由于和之间的固溶特实验结果及分析
性,使得复合材料回收、再利用成为可能。为
此,本文采用挤压铸造专利技术分别制备了复合材料金相组织照片是在照
一、一和相机上拍摄的,如图所示。可以看出颗粒宏观
二种高体积分数环保型复合材料。测试了上为带有棱角的不规则形状,复合材料的铸态组织均
复合材料物理性能和力学性能,并对该材料在电子封匀、致密,没有明显的颗粒团聚和偏聚,也不存在微
装和热控器件中的应用进行了初步的探讨。小的孔洞和明显的缺陷,这对于电子封装用复合材料
是很有利的,均匀致密的组织不但能提高复合材料的
热导率,还能提高材料强度,利于提高材料尺寸稳定
材料制备及实验方法
性,增加材料使用寿命。
复合材料是采用挤压铸造专利技术制高导热、低膨胀是优异的电子封装材料所必须具
备‘夕,装置原理示意图如图所示。首先,将一备的性能,复合材料的热物理及力学性能测试
定粒径大小和含量配比的颗粒装人模具,制成颗结果如表所示。可以看到,通过改变铝合金成分
粒体积分数分别为和的预制件,于℃与含量,复合材料热膨胀系数可以调整到

·
一℃保温。将铝液于℃一℃浇铸,迅速一℃一’,处于与陶瓷基片较好的匹配范
加压至,保温后脱模,得到围内。如果复合材料的热膨胀系数略大于陶瓷基片,当
第卷第期电士勺主丁长

射作用,阻碍热传导的进行。本研究中使用的颗
粒粒径较大,颗粒纯度高并减小了界面热阻的影响。

·
因此,复合材料的热导率较高,大于·

·
℃一’,要优于·℃一’合金及

·
合金·℃一’。但是,较大
的颗粒含有较多的层错等缺陷,易在低应力下脆
图复合材料微观组织断,将影响复合材料弯曲强度。因此,实际应用中需
一一
要综合考虑增强体的颗粒尺寸。由于复合材料的