Al-Si-W合金电子封装材料制备及性能研究

发布时间：2020-05-26 08:39

【摘要】：在电子封装材料中,Al-70Si合金因其具有可以与Si或者GaAs芯片相匹配的热膨胀系数、较高的热导率、较低密度而备受关注。但是过高的Si含量会极大地降低材料力学性能,使其制备以及机械加工性能较差,无法进行大规模生产。本课题主要探究在Al-50Si合金以及Al-60Si合金的基础上,通过引入单质W的形式,提升高硅铝合金材料力学性能,来替代Al-70Si合金。本课题使用粉末冶金工艺研究了W对Al-Si合金性能的影响,发现Al-60Si-20W合金可以初步达到Al-70Si合金的性能。本论文分别探究了混粉时间、冷压压力、分级热压工艺、烧结温度以及保温时间对粉末冶金Al-60Si-20W合金组织与性能影响,得到了组织及性能良好的产品。在此工艺下,本课题利用OM、SEM、XRD以及EDS方法对Al-50Si-W合金以及Al-60Si-W合金进行组织分析,并对不同成分材料的热物理性能、力学性能以及机械加工与镀涂性能进行表征,研究了W含量对其热物理性能以及力学性能变化规律的影响。研究结果表明,Al-60Si-20W合金在球料比5:1,转速115r/min的条件下,混粉4h与8h后均可以制备组织均匀性较好的合金,平均抗拉强度分别为168.06MPa与156.10MPa。在冷压时上冲头比压204MPa,下冲头比压300MPa与分级热压致密化条件下,Al-60Si-20W合金在750℃保温0.5h后,材料力学性能最好,达到188.08MPa。在Al-Si-W合金中,材料热膨胀系数与W含量呈线性负相关,在50~150℃,Al-60Si-25W合金CTE值降到6.75×10-6K-1,室温热导率与W含量呈线性正相关,其中,Al-50Si-35W合金达到129W/(m·K),材料抗拉强度随着W含量增加呈现逐渐增大趋势,Al-60Si-20W合金达到168.6MPa,密度均小于3.6g/cm3。通过对比分析发现,Al-60Si-20W合金因其优异的力学性能与较好的热物理性能,基本可以替代Al-70Si合金。
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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 1 章 绪 论1.1 课题研究背景及意义自从 1947 年晶体管诞生以来，微电子技术经过 70 年的发展，已经发生了巨大的变革，其集成度也越来越高，正在向 8nm 迈进，其产品在航天、航空以及军事领域有着广泛的应用。由于微电子技术的成熟与创新，集成电路朝着的小型化与微型化方向发展，单位体积材料发热率急剧提高，，而芯片与其外部壳体对其内部热应力的敏感程度越来越高，芯片与外部壳体热物理性能匹配程度成为限制其发展的关键。通过热沉工艺改进方法解决芯片散热问题已经无法达到预期效果，目前使用的封装材料由于热物理性能或者制备成本等问题，难以满足市场对电子封装材料的需求。具有热膨胀系数（CTE）与 GaAs 或 Si 等芯片材料相匹配，热导率（TC）较高（>100W/m·K），组织分布均匀，机械加工性能好、密度较低、成本低、有一定结构强度等优势的电子封装材料[1-3]是现阶

封装及常用封装材料元器件是电子工业的基石[12]。而电子封装可以看作为将电子系统连接的纽带，是一种将微元件再加工及组合构成微系统技术。其主要作用是对微电子芯片或部件进行保护、提供能电子部分和外部环境进行电气和机械的连接。封装通常分为四个层级[13]，分别为零级封装、一级封装、二，如图 1-2 所示。级封装：主要是指芯片器件自身的相互连接；2）一级封装装材料保护固定在基板上的单芯片或者多芯片组件上，并通级封装，主要是用多层连接基片将零级封装或者一级封装后固定成电子插件、电子部件或小整机。4）三级封装，指的是，包括将二级组件的插板以及其他部件在母版上进行组装，运行，系统庞大的电子芯片系统。三级封装可以被看做是芯，是将各部分芯片元件整合，构建组合成一个完整电子产品
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF125.22;TN04


本文编号：2681574