论文部分内容阅读
随着电子电路集成规模的日益提高，电路工作时发热量亦相应升高，从而对具有高导热性和与集成电路芯片膨胀系数相匹配的新材料提出了迫切的需求。
本论文以制备热导率高、热膨胀系数与半导体材料相匹配的封装材料为目的，采用单晶金刚石颗粒为增强体，分别利用复合电沉积工艺和粉末冶金工艺制备出了金刚石/铜复合材料。利用XRD、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜对复合材料的微观组织特征进行了研究，利用热膨胀测试仪、热导率测试仪等手段测试了复合材料的物理性能，着重研究了各工艺条件对复合材料热导率和热膨胀系数的影响，获得如下研究结果：
(1)通过实验研究，对金刚石化学镀铜镀液成分进行优化，得到最佳镀液组成为：CuSO<,4>·5H<,2>O浓度15g/L、EDTA/酒石酸钾钠=1.0、pH值12.5、甲醛(36％)浓度15g/L；采用优化的镀液对金刚石进行化学镀，金刚石表面形成完好镀铜层。
(2)采用正交实验，研究优化了金刚石/铜材料复合电沉积工艺，得到工艺参数为：电流密度2.2 A/dm<2>、搅拌速度150rpm、金刚石在镀液中的含量5g/L、颗粒尺寸10 μ m。在此条件下，金刚石/铜复合材料中金刚石体积分数在2～5％之间，热导率值可达到430W/(m·K)。
(3)采用热压烧结法，在压力为20MPa，烧结温度为950℃的条件下制备出了金刚石/铜复合材料。金刚石颗粒表面化学镀处理可以明显改善金刚石/铜复合材料的导热和热膨胀性能，其中化学镀Ni—W合金后，金刚石/铜复合材料的热导率和热膨胀系数等综合性能最佳。
(4)利用Hasselmen&Johnsan公式分别计算出了化学镀Ni、化学镀Ni-W以及未经化学镀处理的金刚石/铜复合材料界面导热系数，发现化学镀Ni-W金刚石/铜界面具有最高的导热系数，其平均值为5.5×10<7>w/(m<2>K)。
(5)通过对制备出的金刚石/铜复合材料热导率和热膨胀系数进行理论模型计算，发现：当金刚石体积分数<5％时，复合材料热导率与Maxwell值符合较好；金刚石体积分数>5％时，复合材料热导率符合Hasselman值；随着金刚石体积分数的增加，热膨胀系数实验值逐渐向Kerner曲线靠近。