Al-Si-W合金电子封装材料制备及性能研究

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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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