硅鋁合金電子封裝材料sit

1、報(bào)告內(nèi)容一.概述 1.電子封裝材料的概述 2.高硅Si-Al合金電子封裝材料的概述二.實(shí)驗(yàn)部分 1.單一組份Si-Al性能探討 （以50%Si-Al為例說(shuō)明問(wèn)題）三.實(shí)驗(yàn)成果電子封裝材料概述二十一世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其突出的表現(xiàn)就是電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著電子元器件朝著尺寸更小、質(zhì)量更輕、運(yùn)算速度更快的方向發(fā)展，對(duì)電子封裝材料也相應(yīng)地提出了更高的要求。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道1隨著集成電路集成度的增加，芯片發(fā)熱量成指數(shù)關(guān)系上升，從而使芯片的壽命降低，芯片溫度每升高10，GaAs或Si半導(dǎo)體芯片壽命就會(huì)縮短三倍。這主要是因?yàn)樵谖㈦娮蛹呻娐芳按蠊β收髌骷?，材料間散熱性能不好而導(dǎo)致的。解決這個(gè)問(wèn)題最重要的

2、手段就是使用具有更好性能的新的封裝材料并且改進(jìn)原有的封裝工藝。性能性能作用作用低的CET能與半導(dǎo)體芯片材料相匹配，熱膨脹系數(shù)相近不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，保護(hù)芯片高的TE將半導(dǎo)體工作時(shí)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，保護(hù)芯片，使芯片不因溫度過(guò)高而失效良好的氣密性抵御高溫、高濕、輻射、腐蝕等有害環(huán)境對(duì)電子器件的影響高的強(qiáng)度和剛度 良好的機(jī)加工性能輕質(zhì)支撐和保護(hù)芯片利于加工成各種復(fù)雜的形狀減輕電子器件的重量，方便攜帶電子封裝材料概述電子封裝材料概述電子系統(tǒng)封裝主要包括三方面的技術(shù)：1.電學(xué)方面：晶體管之間的信號(hào)傳輸及各個(gè)部件的電力分配2.材料方面：信號(hào)和電力分配方面正確使用材料，電力分配時(shí)需高電導(dǎo)率，器件散熱時(shí)需

3、高熱導(dǎo)3.機(jī)械方面：不同性質(zhì)不同材料的使用必然會(huì)在界面中引起熱應(yīng)力。電子封裝材料概述金屬封裝材料：優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度較高、散熱性能較好、對(duì)電磁有一定的屏蔽功能缺點(diǎn)：純金屬鋁、銀、金和銅的CTE較高鎢、鉬 和硅較易被侵蝕且焊接性能差應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用范圍較小電子封裝材料概述 伴隨著IC集成度的提高和應(yīng)用環(huán)境的變化，傳統(tǒng)的單一質(zhì)的電子封裝材料已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)先進(jìn)電子器件對(duì)封裝的要求。現(xiàn)在亟需解決的就是原有的電子封裝材料不能滿足封裝的要求。發(fā)掘新的封裝材料體系及材料加工方法已經(jīng)成了迫在眉睫的事情。近些年，世界各國(guó)也都對(duì)新的電子封裝復(fù)合材料進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，以期在能有新的材料能滿足現(xiàn)在對(duì)電子封裝材料的種種要求

4、。 近年來(lái)世界各國(guó)對(duì)鋁基金屬合金的關(guān)注和研究比較多，下面我們就鋁基硅復(fù)合材料的發(fā)展、研究現(xiàn)狀及制備工藝方法等進(jìn)行詳細(xì)闡述。 高硅Si-Al合金電子封裝材料的概述元素熔點(diǎn)/比熱容J/kgK密度g/cm3熱膨脹系10-6K熱導(dǎo)率 W/mKSiAl14106600.7130.9052.32.74.123.6148237 高硅Si-Al合金電子封裝材料的概述1.密度2.3-2.7g/cm3、CTE介于4.5-1110-6/K之間TE100W/mk2.高硅Al-Si合金電子封裝材料中，高體積分?jǐn)?shù)的硅基體保證了其較低的熱膨脹系數(shù)，從而很好的解決了與電子芯片相匹配的問(wèn)題，而合金內(nèi)部連通分布的鋁金屬則保障了封

5、裝材料高的導(dǎo)熱散熱性能，硅和鋁單質(zhì)兩者的低密度同時(shí)保證了合金材料的輕質(zhì)性能3.硅和鋁在地球上的含量十分豐富，硅粉與鋁粉單質(zhì)的制備工藝也相當(dāng)成熟，成本比較低。 所以高硅鋁合金電子封裝材料有望成為一種應(yīng)用前景廣闊的電子封裝材料，特別是用于航空航天及便攜式電子器件等高科技領(lǐng)域。 梯度Si-Al合金電子封裝材料的概述 硅鋁合金作為一種新型封裝材料，由于其密度小,熱膨脹系數(shù)低,熱傳導(dǎo)性好，容易加工成所需形狀，可以電鍍，同時(shí)能夠滿足航空航天設(shè)備和移動(dòng)、計(jì)算通訊設(shè)備輕量化的要求。此外，該材料具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠用傳統(tǒng)工藝方法進(jìn)行機(jī)械加工和涂鍍，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。但硅鋁合金中存在一個(gè)矛盾，即隨著硅

6、含量的增加熱導(dǎo)率增加，熱膨脹系數(shù)減小，但由于硅含量的增加機(jī)械加工的難度相對(duì)增大，比較難進(jìn)行焊接。單一組分的硅鋁合金已不能滿足一些特殊電子封裝的需要，亟需研究一種具有高熱導(dǎo)且易機(jī)加工的材料，這就要求在同一封裝材料中存在組分的變化，且各個(gè)組分材料又保持著各自組分的特性。 迄今，Si-Al合金的制造方法歸納起來(lái)主要有下幾種： 1.粉末冶金法；2.熔滲法；3.噴施沉積法 ；4.真空熱壓法；5.熔鑄法 結(jié)合目前研究的情況表明：Si-Al合金材料的封裝性能主要取決于其組織結(jié)構(gòu)的致密性和均勻性，選擇合適的制備方法格外重要!工藝選擇的概述二.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分（一）原料和設(shè)備實(shí)驗(yàn)原料：純鋁粉：尺寸30m，產(chǎn)地河

7、南遠(yuǎn)洋鋁業(yè)有限公司，主要元素含量Al99.97%、Fe0.0112%、Cu0.0045%、Si0.0121%、水份0.0068%硅鋁粉：硅含量75%的硅鋁合金粉，尺寸45m主要設(shè)備：60T液壓機(jī)、自制真空氣氛燒結(jié)爐包括（高頻感應(yīng)加熱裝置、熱壓裝置、真空控制裝置）金相所用設(shè)備為NEOPHAT金相顯微鏡、FEISirion 200(10KV)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、Rigaku2D/MAX22550PC型X射線衍射儀理論計(jì)算材料配比（質(zhì)量比）混料裝料壓坯燒結(jié)機(jī)加工熱等靜壓性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)的方法及流程： 1.混料 按照比例稱量?jī)煞N粉末，然后將兩種粉裝入塑料容器內(nèi)，將裝有混合粉末的容器放在V型混料機(jī)上旋轉(zhuǎn)6

8、小時(shí)，以保證兩種粉末混合均勻 2.預(yù)壓制將混合均勻后的粉末裝入特種鋼模具中進(jìn)行預(yù)壓制，模具表面上涂有氮化硼酒精 溶液。此過(guò)程 在60T雙柱油壓機(jī)上完成。 3.燒結(jié) 模具放入真空氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，打開(kāi)真空泵，把爐腔抽成真空狀態(tài)，然后通入氬氣，如此循環(huán)幾次，待徹底把爐內(nèi)空氣排凈之后開(kāi)始加熱。燒結(jié)加熱方法：在低溫下（400-500）加壓（50-100MPa）且保溫保壓一段時(shí)間，升至燒結(jié)溫度（700-900）保溫，再降至400-500時(shí)進(jìn)行保溫保壓，之后隨爐冷卻至室溫。燒結(jié)過(guò)程是在自制真空燒結(jié)爐中完成。4.熱等靜壓燒結(jié)體在等靜壓高壓容器內(nèi)，同一時(shí)間受高溫和高壓的聯(lián)合作用，強(qiáng)化壓制與燒結(jié)過(guò)程，改善了燒結(jié)體的

9、晶粒結(jié)構(gòu)，消除材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙，能很好的提高材料的致密度和強(qiáng)度。熱等靜壓法是消除燒結(jié)體內(nèi)部殘存微量孔隙和提高燒結(jié)體相對(duì)密度的有效方法。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，熱等靜壓工藝為壓力180MPa、溫度520的條件下保溫保壓4個(gè)小時(shí)下效果最好。本實(shí)驗(yàn)也采取此工藝。5.機(jī)加工 熱等靜壓之后把燒結(jié)的試樣加工成102-3mm的熱導(dǎo)試樣，5550mm的熱膨脹試樣，5540mm的抗彎強(qiáng)度試樣。實(shí)驗(yàn)部分（三） 單組分Si-Al合金性能研究圖1 不同硅含量硅鋁合金密度值 圖2 不同硅含量硅鋁合金熱膨脹系數(shù)值 圖3 不同硅含量硅鋁合金熱導(dǎo)率值 圖4 不同硅含量硅鋁合金抗彎強(qiáng)度值 圖5 不同硅含量硅鋁合金硬度值 熱等靜壓

10、對(duì)硅鋁性能的影響熱等靜壓對(duì)硅鋁性能的影響經(jīng)過(guò)熱等靜壓后，硅鋁合金各方面的性能均有所提高。下面我們對(duì)熱等靜壓對(duì)各個(gè)性能的影響逐一分析。1.密度從圖1中可以看出，硅鋁合金經(jīng)過(guò)熱等靜壓后密度都有提高，說(shuō)明熱等靜壓對(duì)消除顆粒之間的孔隙還是很有幫助的，對(duì)于材料的致密化較為理想。2.熱膨脹系數(shù)從圖2中可以看出，熱等靜壓后合金材料的熱膨脹系數(shù)減小了。這主要是因?yàn)楹辖鸾?jīng)過(guò)熱等靜壓后，材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力減少，且隨著合金密度的增加，合金材料內(nèi)部孔洞、孔隙的減少，硅鋁界面的結(jié)合的改善。所以經(jīng)過(guò)熱等靜壓后的合金材料熱膨脹系數(shù)減小。3.熱導(dǎo)從圖3中可以看出，硅鋁合金經(jīng)過(guò)熱等靜壓后熱導(dǎo)率有所提高。熱導(dǎo)率的高低與材料內(nèi)部的

11、孔隙、缺陷有很大的關(guān)系。有孔隙的存在必然會(huì)造成熱傳導(dǎo)的空擋，使傳導(dǎo)受阻，導(dǎo)致熱導(dǎo)率偏低。解決這個(gè)問(wèn)題最好的辦法就是把材料的致密度變高。4.抗彎強(qiáng)度、硬度從圖4中可以清楚的看到，經(jīng)過(guò)熱等靜壓后的材料抗彎強(qiáng)度有明顯提高，主要原因應(yīng)跟合金材料密度的提高有很大關(guān)系。材料內(nèi)部缺陷越多，材料的力學(xué)性能就越差。熱等靜壓使得材料致密度升高，從而減少材料內(nèi)部孔隙，集中應(yīng)力和一些微應(yīng)力也同時(shí)消除，使抗彎強(qiáng)度提高。 從圖5中也能清楚的看到，熱等靜壓后合金材料的硬度有所提高，這主要是因?yàn)榻?jīng)過(guò)高溫高壓后材料內(nèi)部的孔隙減少，從而材料的致密度增加，這樣也使其硬度有所增高。Si-AlSi-Al合金合金：1.硅含量對(duì)硅鋁合金性能有著非常重要的影響，在熱學(xué)性能方面，硅含量增大，硅鋁合金的密度變小、熱膨脹系數(shù)變小、熱導(dǎo)率增加；力學(xué)性能方面，硅含量增加，硅鋁合金的抗彎強(qiáng)度逐漸變小，硬度則是逐漸變大。2.Si-Al合金經(jīng)過(guò)熱等靜壓后密度有所提高，而熱等靜壓對(duì)硅鋁合金性能的影響主要是通過(guò)提升材料的致密度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。密度的提高，使材料的熱膨脹系數(shù)、熱學(xué)性能提高；與此同時(shí)材料的抗彎強(qiáng)度與硬度也有不同程度