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电子封装用SiC颗粒增强铝基复合材料离心铸造成形工艺研究

作　者: 唐晓亮
导　师: 刘昌明
学　校: 重庆大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 电子封装 SiCp/Al复合材料离心铸造热膨胀系数
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文以电子封装应用为背景,深入研究了SiC颗粒铝基增强复合材料封装零件的离心铸造成形技术,分析了加工工艺方法对材料的组织、成分和性能特征的影响,系统地阐述了复合材料零件的制备和成形过程工艺-组织-性能间的关系。本文从工业化生产角度出发,制备了两种复合材料浆料:1)熔化重量达到18Kg,SiC颗粒质量分数为17.55%,SiC颗粒粒径为15μm、30μm、和51μm,基体为类似ZL104合金的复合材料浆料。2)熔化重量为15Kg, SiC颗粒质量分数为24%, SiC颗粒粒径为25μm、29μm、和120μm,基体为类似ZL109合金的复合材料。从SiC颗粒和铝液之间的润湿出发,研究了复合材料浆料制备过程中的工艺参数。实验结果表明当金属熔液温度为575±3℃时,搅拌加入SiC颗粒最适于SiC颗粒与铝液之间的润湿,制得的复合材料浆料组织性能最优。从离心铸造工艺设计出发,通过自行设计开发的模具、砂芯,研究制备了两种基体的SiC颗粒铝基复合材料的电子封装盒零件。在离心转速800r/min,熔体温度700℃条件下浇注零件。对所制备的零件进行取样,利用光学显微镜（OM）和电子扫描显微镜（SEM）对所制备的SiCp/Al复合材料试样的微观组织进行观察分析;分别利用密度法和图像法测试试样的SiC颗粒体积分数;利用热膨胀仪器测试试样的热膨胀系数物理性能,并分析试样热膨胀系数的影响因素。实验结果表明,应用本研究制备的SiCp/Al复合材料有明显的SiC颗粒偏聚效果。获得的铸件截面共分为三个区域:颗粒偏聚层、无颗粒的合金基体层和集渣区域。将铸件在偏聚层和基体层机械切割分离,获得了电子封装零件。零件表面沟槽轮廓清晰,没有传统铸造的缺陷;OM和SEM观察表明,零件组织致密,SiC颗粒分布均匀,SiC颗粒和铝液的界面润湿结合比较好,组织没有明显缺陷;密度法测定结果表明:复合材料A,SiC颗粒含量体积分数为23%;复合材料B,SiC颗粒含量的体积分数为39%,均比复合材料浆料中SiC颗粒的体积分数有很大的提高,其中A材料提高了35.2%,B材料更是提高了60%,说明该离心铸造工艺成功的实现了SiC颗粒与铝液的分离;图像法测定结果表明:复合材料B,SiC颗粒含量的体积分数为46%,材料B的热膨胀系数为9.90×10^-6K^-1,基本达到了电子封装用零件对热膨胀系数的要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-20
  1.1 电子封装概述  8-9
    1.1.1 电子封装工程的定义  8
    1.1.2 电子封装材料的特点  8-9
  1.2 SICP/AL 复合材料材料的性能  9-14
    1.2.1 SiCp/Al 复合材料的力学性能  9-10
    1.2.2 SiCp/Al 复合材料的热物理性能  10-14
  1.3 电子封装用铝基SIC 复合材料的国内外研究现状  14-15
  1.4 SICP /AL 复合材料制备技术  15-17
    1.4.1 粉末冶金法(PM)  15
    1.4.2 液相法  15-17
  1.5 离心铸造成形技术  17-18
    1.5.1 离心铸造原理  17
    1.5.2 离心铸造的特点  17-18
  1.6 研究的目的和意义  18-20
    1.6.1 研究意义  18-19
    1.6.2 研究目的  19-20
2 研究内容与方法  20-35
  2.1 研究内容与技术路线  20-21
    2.1.1 研究技术路线  20-21
    2.1.2 研究内容  21
  2.2 SIC 颗粒增强铝基复合材料的制备  21-28
    2.2.1 工艺方法  21
    2.2.2 材料的选择及配比  21-23
    2.2.3 熔炼设备的设计和选定  23-25
    2.2.4 复合材料制备工艺参数的确定  25-26
    2.2.5 复合材料的制备工艺  26-28
  2.3 SICP/AL 复合材料制备电子封装零件离心铸造成形工艺  28-32
    2.3.1 离心铸造机的形式  28-29
    2.3.2 离心铸造模具的设计  29-31
    2.3.3 模具和砂芯喷刷涂料  31
    2.3.4 离心铸造工艺参数的确定  31-32
  2.4 成形零件的组织性能检测方法  32-35
    2.4.1 成形零件的组织观察方法  32
    2.4.2 成形零件的SiC 含量体积分数的测试方法  32-33
    2.4.3 成形零件的热膨胀系数的测试方法  33-35
3 实验结果及分析  35-53
  3.1 离心铸造成形零件的宏观形貌  35-38
    3.1.1 成形铸件的外观形貌  35
    3.1.2 铸件缺陷分析  35-36
    3.1.3 成形铸件切口的宏观形貌  36-37
    3.1.4 成形铸件加工后的封装零件的宏观形貌及几何尺寸  37-38
  3.2 两种复合材料离心铸造成形零件微观组织结构  38-46
    3.2.1 成形零件微观组织结构观察取样部位及方法  38-39
    3.2.2 A 材料基体层的微观组织  39-40
    3.2.3 A 材料SiC 颗粒偏聚层微观组织  40-42
    3.2.4 B 材料合金基体层的微观组织  42-43
    3.2.5 B 材料合金SiC 颗粒偏聚层微观组织  43-44
    3.2.6 组织中缺陷分析  44-46
  3.3 两种复合材料离心铸造成形零件中SIC 颗粒含量的测试结果  46-49
    3.3.1 密度法测定结果  46-49
    3.3.2 图像法测定结果  49
  3.4 成形零件的热膨胀系数测定结果  49-53
    3.4.1 取样部位及尺寸  49-50
    3.4.2 成形零件热膨胀系数测试结果  50-51
    3.4.3 复合材料热膨胀性能的影响因素  51-53
4 分析与讨论  53-58
  4.1 离心铸造法制备SICP/AL 复合材料电子封装零件的优势  53-54
    4.1.1 其他方法制备SiCp/Al 复合材料电子封装零件的不足  53
    4.1.2 离心铸造法制备SiCp/Al 复合材料电子封装零件的优势  53-54
  4.2 SIC 颗粒在基体中偏聚的影响因素  54-55
  4.3 成形零件的增强体颗粒体积分数与热膨胀系数的关系及与其他研究者的数据对比分析  55-57
    4.3.1 其他研究者的数据  55
    4.3.2 密度法测定的颗粒体积分数与膨胀系数的关系  55-56
    4.3.3 图像法测定的颗粒体积分数与膨胀系数的关系  56-57
  4.4 离心铸造工艺参数对零件成形性能的影响  57-58
5 结论  58-60
6 工作展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
附录  66
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  66
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  66

电子封装用SiC颗粒增强铝基复合材料离心铸造成形工艺研究

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