电子封装用Si_p_Al复合材料的制备及性能研究.pdf
摘要
摘要
高Si体积的Si/Al复合材料因同时具有增强相Si的低热膨胀系数和基体Al高的
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热导率，又具有易机械加工、轻量和耐磨等优点在电子封装领域具有广阔的应用前景。
目前电子封装用的高Si体积的Si/Al复合材料的制备工艺复杂并且成本较高，无法满
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足当下电器元件发展需求。因此，本文基于渗流法的基本原理，设计一种低成本、无
需制备预制体的制备Si/Al复合材料压力渗流制备工艺，并对复合材料的组织和性能
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进行系统研究。
对压力渗法制备Si/Al复合材料的渗流模具的结构以及渗流工艺进行设计研究，
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确定了制备Si/Al复合材料时Si粉预热温度为600℃，预热时间为50min-60min以
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及渗流时的压力为8MPa。并针对制备的Si/Al复合材料的白线和裂纹等缺陷进行了
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工艺优化和改善，工艺优化和改善后可以制备宏观无缺陷的Si/Al复合材料。
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采用不同粒径的Si粉，以及不同Si含量的Al熔体进行渗流试验，成功制备出Si
体积分数为62.1%-75.6%的Si/Al复合材料并对组织和性能展开研究。研究表明；制
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备Si/Al复合材料的金相组织主要是Si相和α-Al相。Si相主要有不规则的板片状和
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细小的颗粒状，其主要受到渗流时使用Si粉颗粒形貌的影响。并且复合材料的Si相
会随着渗流时的Al熔体中的Si含量增加或Si粉粒径的减少出现相互粘连现象并形成
网状结构。制备的Si/Al复合材料会形成比较多的气孔缺陷，渗流时Al熔体的流动
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性越好缺陷越少。制备的Si/Al复合材料的热膨胀系数：7.67-10.4×10℃，热导率：
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104-136W·m·℃。并且热导率和热膨胀系数主要受到Si的体积分数和粒径的影响，
Si体积分数越高、Si相粒径越小，热膨胀系数和热导率越低。制备的Si/Al复合材料
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的硬度为最高可达141.8HBW，弯曲强度最高可为163.7MPa。
对压力渗流法制备的Si/Al复合材料进行热压处理，并对热压前后复合材料的组
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织和性能展开研究。研究表明；热压过程中大粒径的Si相尖角处发生钝化、小粒径
粒状的Si相逐渐溶解，并且随着热压温度升高和热压时间的延长而越明显。热压处
理可以有效改善压力渗流制备Si/Al复合材料产生的气孔缺陷，温度为600℃，时间
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为2h以及压力为30MPa时的热压处理最佳。热压处理后，Si/Al复合材料的性能都
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有所改