电子封装钨铜合金薄板致密化行为研究

摘要

高致密度的钨铜合金薄板作为封装基板材料具有导热系数高、膨胀系数低、力学性能良好等优点，可以解决由芯片功率增加、封装微型化带来的过热问题。本研究以常规工业级钨粉和铜粉作为原料，通过粉轧制坯、连续液相烧结、冷轧变形和复烧制备出全理论密度的钨铜(W-15Cu)合金薄板，并对各工艺环节材料的致密化过程、显微组织结构和性能变化进行分析和研究。具体表现为： 1、烧结致密化研究：钨铜合金薄板坯烧结致密化机理与非晶体粘性流动烧结理论相吻合，该理论可解释钨铜合金低中温烧结的动力学特征。连续液相烧结工艺有利于钨铜合金薄板烧结致密化，其致密化过程是通过生坯中的孔隙沿推舟方向反向迁移实现的。 2、冷轧变形致密化研究：钨铜合金薄板材(RD=91％)具有较好的冷轧塑性变形能力，其变形量可达到65％以上，且冷变形后试样密度与理论值16.4g/cm3接近，打破了传统上认为高钨含量钨铜合金无法进行冷轧变形的观点。钨铜合金薄板冷轧变形机制包括：孔隙受压应力变形为孔隙缝、铜相变形伴随钨颗粒转动和相对滑移、钨颗粒拉伸为长带状。在冷轧致密化过程中团聚的钨颗粒被裂解，铜相被挤入钨颗粒之间，使钨铜合金组织均匀化。 3、复烧致密化研究：为了消除冷轧变形后钨铜合金薄板的内部缺陷，对其进行复烧处理。复烧后材料内部缺陷消失，拉长的钨颗粒发生再结晶，使钨铜合金两相组织分布更加均匀，改善了材料的热性能参数。 本研究制备出密度为16.4g/cm3、厚度为0.2mm、导热系数为196.3Wm-1K-1、膨胀系数为5.60×10-6/℃的钨铜(W-15Cu)合金薄板，其优异性能满足了电子封装材料的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2钨铜合金材料发展历史及应用

1.2.1电触头、电极用钨铜复合材料

1.2.2电子封装用钨铜复合材料

1.2.3航天、军工及其它领域用钨铜复合材料

1.3钨铜材料的常规制备方法

1.3.1熔渗法

1.3.2高温液相烧结法

1.3.3活化液相烧结法

1.3.4其他制备工艺

1.4钨铜合金致密化研究热点

1.4.1纳米粉末的制备

1.4.2材料结构的设计

1.4.3烧结工艺的改进

1.4.4钨铜合金的变形加工

1.5课题的提出

第二章钨铜合金薄板的制备和表征方法

2.1材料制备过程

2.2表征方法

2.2.1钨铜合金物相分析

2.2.2钨铜合金显微组织观察

2.2.3钨铜合金性能测试

第三章钨铜合金薄板烧结致密化行为研究

3.1钨铜(坯)合金物相分析

3.1.1DTA差热分析

3.1.2XRD物相分析

3.1.3SEM线扫描

3.1.4钨铜合金成分测试

3.2烧结温度对材料致密化的影响

3.2.1实验方案

3.2.2温度对烧结致密化的影响

3.2.3烧结机理探讨

3.3烧结方式对材料致密化的影响

3.3.1实验方案

3.3.2连续液相烧结中实验温度的选取

3.3.3连续液相烧结试样的密度变化

3.3.4连续液相烧结试样的显微组织

3.3.5连续液相烧结试样的致密化行为分析

3.4本章小结

第四章钨铜合金薄板冷轧致密化行为特征

4.1实验方案

4.2试样初始密度与冷轧变形的关系

4.3冷轧致密化过程中各变形特征的演变

4.4冷轧致密化过程分析及讨论

4.5本章小结

第五章钨铜合金薄板复烧致密化分析及材料性能探讨

5.1实验方案

5.2钨铜合金薄板复烧致密化分析

5.2.1复烧对材料密度的影响

5.2.2复烧对材料显微组织的影响

5.3复烧对材料性能的影响

5.3.1复烧对合金导热率的影响

5.3.2复烧对合金膨胀系数的影响

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表论文及申请专利

致谢