电子封装材料用金刚石/铜复合材料的研究进展

电子技术的快速发展对封装材料的性能提出了更严格的要求.针对封装材料的发展趋势,金刚石/铜复合材料作为新一代的电子封装材料受到了广泛的重视.概述了金刚石/铜复合材料作为封装材料的优良性能及其制备工艺进展,并对其发展方向进行了展望.     

高导热金刚石/玻璃复合材料的制备和性能研究

首先对金刚石颗粒进行化学镀Cu,并控制氧化,从而在金刚石颗粒表面获得Cu-Cu2O复合结构。然后,在800℃无压烧结制备了金刚石/玻璃复合材料,观察了其表面和界面形貌,并测定了其相对密度和热导率。结果表明,通过对镀Cu金刚石的控制氧化,明显改善了玻璃对金刚石颗粒表面的润湿性,避免了玻璃对金刚石颗粒表面的侵蚀,提高了复合材料的热导率;复合材料的热导率随金刚石含量的增加而增加,当金刚石质量分数为70%时,热导率最高达到了14.420W/(m·K)。     

铜-硼/金刚石复合材料翅片热沉散热研究

采用气压浸渗法制备了热导率为850 W ? m-1 ? K-1的铜-硼/金刚石复合材料翅片热沉,测试了其在自然冷却、强迫风冷和强迫水冷三种冷却模式下的散热效果.结果表明,热源功率越高,铜-硼/金刚石复合材料的散热效果越显著.在强迫水冷模式下,当加热片的输入功率为80 W时,使用铜-硼/金刚石复合材料翅片热沉时加热片的最高温度比使用铜翅片热沉时低14℃,比使用铝翅片热沉时低23℃.Icepak热模拟发现,在强迫水冷模式下输入功率为80 W时,与铜和铝翅片热沉相比,铜-硼/金刚石复合材料翅片热沉的整体温度更低且温度分布更均匀.研究结果证实,铜-硼/金刚石复合材料是一种高效的散热材料,在大功率电子器件散热中具有广阔的应用前景.     

界面对封装用金刚石/铝复合材料性能的影响

通过对表面改性后的金刚石同铝粉进行烧结,对比研究了不同的界面层对复合材料导热率的影响。实验表明,通过表面改性制备的镀Ti金刚石/Al复合材料,在同样制备条件下其热导率和致密度性能优于表面未镀覆的金刚石/Al复合材料。金属基体中,Si元素的添加能有效降低烧结体的烧结温度,但是其热导率低于基体中未添加杂质元素的镀Ti金刚石/Al复合材料。金刚石/Al复合材料的热导率同界面结构有关,镀覆合适的金属元素能有效改善金刚石对铝的润湿性,降低界面热阻,从而能有效提高金刚石/铝复合材料的导热率。     

活性元素在铜/金刚石复合材料中的应用

新型电子封装用铜/金刚石复合材料中纯铜基和金刚石之间的界面结合强度十分低.为了获得好的界面结合强度以及好的热物理性能,在铜基中引入活性元素可以降低铜和金刚石的接触角,提高铜和金刚石的界面结合强度.概述了合金元素的选择以及Cr、Ti、B、V合金元素的加入对复合材料的润湿性及界面结合强度的作用.     

电子封装中高散热铜/金刚石热沉材料的电镀技术研究

随着半导体封装载板集成度的提升,其持续增加的功率密度导致设备的散热问题日益严重。金刚石-铜复合材料因其具有高导热、低膨胀等优异性能,成为满足功率半导体、超算芯片等电子封装器件散热需求的重要候选材料。文章采用复合电镀法成功制备了铜/金刚石复合材料,考察了不同复合电镀的工艺方法、金刚石含量、粒径大小对复合材料微观结构、界面结合以及导热性能的影响。并通过优化复合电镀方式,金刚石添加量等工艺参数,制备了无空洞、界面结合紧密的高导热复合材料;仅添加8.8 vol%的金刚石,使复合材料的导热率从393 W/(m.K)增加到462 W/(m.K)。本技术可以应用于半导体封装领域,并进一步增强芯片的散热性能。     

热循环对SiCp/Al复合材料性能影响的研究

SiCp/Al复合材料具有可调的热膨胀系数(CTE)、高热导率、低密度和良好的尺寸稳定性等优异性能,广泛应用于航空航天、军用电子等封装领域,由于SiCp/Al复合材料制成的组件工作环境较为苛刻,温度变化对其影响值得探讨。文章研究了热循环对SiCp/Al复合材料的CTE、热导率和弯曲强度的影响,并对其热膨胀行为作了分析。实验结果表明,热循环能有效降低SiCp/Al中的热残余应力,其热性能比铸态明显改善,弯曲强度有所降低;在低温阶段,经退火处理和退火处理+热循环处理后SiCp/Al的CTE基本重合,在高温阶段,经退火处理+热循环处理后的SiCp/Al具有更低的CTE。     

金刚石/铜复合散热材料的制备和检测

金刚石/铜复合材料具有高的热导率和可调的热膨胀系数,是一种极具竞争力的新型电子封装材料,可作为散热材料广泛应用于高功率、高封装密度的器件中。文中从工程化的角度出发,对应用中的瓶颈因素进行了研究。为改善其钎焊性能,采用磁控溅射、电镀等方法在金刚石/铜表面获得了附着力、可焊性良好的Ti-Cu-Ni-Au复合膜层。在此基础上进行了钎焊试验,金锡焊料在复合膜层上铺展良好、无虚焊。对金刚石/铜的散热效果与钼铜片做了对比试验,结果表明,在相同条件下,与钼铜热沉片相比,降温幅度超过20℃,具有更优异的散热效果。     

金刚石/硅复合膜的导热特性研究

用金刚石粉,用不同时间在两片镜面抛光的(111)硅基片上分别打磨.两片硅基片打磨后都仍保持镜面特征.采用微波等离子体化学气相沉积系统,利用氢气、甲烷和氧气为前驱气体,在同样参数条件下,在基片上制备了直径5 cm的金刚石薄膜.用扫描电镜和X射线衍射分析两片薄膜结构.分析结果表明其表面形貌基本相同都为(111)择优取向的金刚石薄膜;但X射线衍射分析表明打磨时间较长的薄膜中含有一定量在非晶成分.用热导测试仪测试两薄膜和硅基片的热导率约为:241.7 W/mK,192.9 W/mK和169.3 W/mK.结合扫描电镜和X射线衍射分析结果我们讨论了基底处理对金刚石/硅复合膜的导热特性的影响.     

制备工艺对PZT/NiCuZn复合材料电磁性能的影响

采用sol-gel法、固相反应法和掺杂的sol-gel法三种制备工艺,制备了PZT与NiCuZn质量比为3:7和4:6的两种铁电/铁磁复合材料。研究了不同制备工艺对低温烧结复合材料显微结构和电磁性能的影响。结果表明:三种制备工艺都能很好地实现900℃低温烧结,且所制复合材料的ρv大于5.2g·cm–3,μi大于19,Q值大于265,ε′大于45。相对而言,掺杂的sol-gel法所制材料性能最好,其次是固相反应法,再次是sol-gel法。但是,从适于批量生产以及降低成本的角度考虑,固相反应法更符合实际。     

Thermal properties of diamond/copper composite material

Thermal considerations are becoming increasingly important for the reliabilities of the electronics parts as the electronics technologies make continuous progress such as the higher output power of laser diodes or the higher level of integration of ICs. For this reason the desire for improving thermal properties of materials for electronics component parts is getting stronger and the material performance has become a critical design consideration for packages. To meet the demands for a high performance material for heat spreader materials and packages, a new composite material composed of diamond and copper was successfully manufactured under high pressure and high temperature. The effects of diamond particle sizes and the volume fractions of diamond on both thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion (CTE) were investigated. The thermal conductivity of the composite material was dependent on both the particle size and the volume fraction of diamond, while the CTE was dependent only on the volume fraction of diamond. At the higher diamond volume fraction, the experimentally obtained thermal conductivities of the composite materials were above the theoretically expected values and the experimentally obtained CTE were between the two theoretical Kerner lines. This may be due to the fact that at the higher diamond volume fraction the diamond particles are closely packed to form bondings between each particle. The composite of diamond and copper have a potential for a heat spreading substrate with high performance and high reliability because not only its thermal conductivity is high but its coefficient of thermal expansion can be tailored according to a semiconductor material of electronics devices.     

SPS制备亚微米多晶LaB6块体的EBSD研究

用氢直流电弧法制备LaH2纳米粉末,再采用放电等离子烧结（SPS）技术,在压力50MPa,烧结温度1400℃～1600℃条件下制备了LaB6亚微米多晶块体。采用EBSD技术,对LaB6样品表面的晶粒、晶界特征及晶粒取向等进行了测试分析。结果表明,SPS制备的LaB6晶粒尺寸为0．14μm～1．10μm,晶粒大小随烧结温度升高而增大。随烧结温度的升高,小角度晶界（微取向差在10°以内）的含量逐渐增加。取向分析表明,SPS烧结LaB6多晶块体形成了几种择优取向。     

压制工艺对Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al_2O_3材料烧结性能的影响

以Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O系玻璃粉与Al_2O_3为原料,流延成型生瓷带,采用低温烧结法制备了玻璃/陶瓷系介电陶瓷材料。研究了压制工艺与烧成温度对复合材料烧结性能以及介电性能的影响。结果表明,随着成型压力增加与保压时间延长,生坯体积密度增加,相应烧结体的体积密度增加,烧成收缩率减小。玻璃/Al_2O_3生瓷带的微观形貌结构致密,20 MPa/10 min成型玻璃/Al_2O_3材料于850℃烧结具有较好的性能:体积密度为3.10 g·cm~(–3),10 MHz下的介电常数为7.97,介电损耗为0.000 86。因此该体系材料比较适合用作低温共烧陶瓷材料。     

Thermoelectric properties of the (Bi,Sb)2Te3-based material obtained by spark plasma sintering

The dependence of the thermoelectric properties of the nanostructured bulk (Bi,Sb)₂Te₃ material on the composition and the spark plasma-sintering (SPS) temperature T _SPS has been studied. It has been revealed that the Bi_0.4Sb_1.6Te₃ solid solution sintered at a temperature of 450–500°C has a thermoelectric figure of merit ZT = 1.25–1.28. The dependence of thermoelectric properties on the sintering temperature T _SPS above 400°C is correlated to the transformation of the fine structure of the material due to the rearrangement of point vacancy-donor defects in the process of repeated recrystallization. It has been established that point structural defects make a considerable contribution to the formation of the thermoelectric properties of nanostructured material.     

ZnO对钙长石/莫来石复合材料性能的影响

以钙长石和莫来石等为主要原料,制备了与硅芯片相匹配的新型复合材料。研究了烧结助剂ZnO的加入量、烧结温度和显微结构等因素对材料性能的影响。结果表明:当w(ZnO)为8%时,该复合材料烧结温度为1000℃,其主要性能如下:在1MHz下εr为6.48,tanδ为4.00×10–3,抗折强度为76.29MPa,αl(25~500℃)为3.44×10–6℃–1。     

烧结温度对CFO/PMN-PT磁电复合陶瓷性能的影响

采用传统固相法制备了质量比为1∶4的CoFe2O4/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3(CFO/PMN-PT)磁电复合陶瓷,研究了烧结温度(900～1100℃)对所制复合陶瓷性能的影响。结果表明,复合陶瓷中尖晶石结构的CFO与钙钛矿结构的PMN-PT共存,没有其他杂相生成,复合陶瓷的密度以及压电常数d33在1000℃时达到最大值,分别为7.07g/cm3和212pC/N。磁电电压系数αE33随烧结温度的增加逐渐增大,在1100℃烧结时达到最大值8.4mV/A,而磁电电压系数αE31随烧结温度的增加先增大后减小,在1000℃烧结时达到最大值4.8mV/A。     

两步烧结对锆酸钡–钙硼硅复合材料性能的影响

以低软化点的CaO-B2O3-SiO2玻璃和BaZrO3为原料,采用两步烧结法制备了BaZrO3/CaO-B2O3-SiO2低温共烧复合材料。对比研究了两步烧结法与传统烧结法的不同,以及两步烧结法中各工艺阶段对复合材料结构与性能的影响。结果表明:两步烧结法能明显优化其微观结构,提高其介电性能;当复合材料快速升温到960℃(θ1)保温5min,再降温到920℃(θ2)保温5h两步烧结后,其εr约为15,tanδ约为1.5×10–4,可望作为低温共烧多层陶瓷电容器(MLCC)材料应用。     

烧结温度对硼硅酸盐玻璃/氧化铝复相陶瓷性能的影响

采用流延成型工艺制备了硼硅酸盐玻璃/氧化铝陶瓷生瓷带,并经烧结制备了陶瓷试样。研究了烧结温度对所制陶瓷烧结性能、介电性能与微观结构的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,所得陶瓷试样的体积密度、烧结收缩和介电常数均先增大后减小;当烧结温度达到850℃时,陶瓷试样中开始析出钙长石晶相;经880℃烧结所得陶瓷性能较佳:体积密度为3.08 g/cm3,在20 MHz下相对介电常数为7.7,介质损耗为2.0×10–4,25～600℃内线膨胀系数为8.3×10–6/℃,满足LTCC基板材料的应用要求。     

热压和放电等离子烧结对硬质合金材料微观组织和性能的影响

本文采用XRD、EBSD等测试手段,对热压（HP）和放电等离子烧结（SPS）获得的硬质合金材料的相成分、微观组织及其性能进行了比较,并对其形成原因进行分析。结果表明,两种烧结方法获得的试样均具有高的致密度及纯净的WC和Co相,试样内晶粒没有择优取向;绕[1010]轴取向角为90°的WC-WC晶界为低能晶界,因此该种晶界大量存在且均匀分布于试样中;两种烧结方法获得试样硬度基本一致;但SPS技术因加热速率快、保温时间短,有效阻止了WC晶粒的长大,特别是高温烧结阶段的晶粒粗化,因此获得的晶粒尺寸小于热压烧结试样,从而具有高的断裂韧性。由此表明快速合成的放电等离子烧结技术有利于超细晶和纳米晶硬质合金材料的制备。     

不同WC含量下WC/Cu复合材料弹性模量实验研究

为了研究数字图像相关方法运用于小试样下WC/Cu复合材料弹性模量测定的准确性,采用粉末冶金法制备出了WC含量不同的WC/Cu复合材料,对试件表面用白漆配合碳粉方法进行制斑,并在万能材料试验机上进行拉伸实验,用CCD相机记录其散斑图。对记录的散斑图进行相关运算,并通过畸变校正理论校正位移计算结果,计算出小应变范围内WC/Cu复合材料的应力应变曲线,得到弹性模量;与传统电测方法结果进行对比,数据吻合较好。结果表明,采用数字图像相关方法和小试件制斑方法运用于WC/Cu复合材料弹性模量的测定是较为精确可靠的。