Vol.28 No.5 任淑彬等：电子封装用高体积分数SiCp/A1复合材料的制备 ·447· 封装材料而成为综合性能优异的新一代电子封装 thermophysical properties of high volume fraction SiCp/Al 材料. metal matrix composites.Mater Sci Technol,2003,19:1057 [2]Sathe S,Sammakia B.A review of recent developments in 表2SiCp/A1与几种封装材料的物理性能比较 some practical aspects of air-cooled electronic packages.J Heat Table 2 Comparison of physical performance between SICp/Al and Transfer.1998,120(4):830 some electronic encapsulation materials [3] Arpon R,Molina J M.Saravanan R A,et al.Thermal expan- 25℃-150℃， 密度/ 热导率/ sion behaviour of aluminum/SiC composites with bimodal par 材料 热膨胀系数/ ticle distributions.Acta Mater,2003,51:3145 (g.cm-3) (10-6K-) (W.m-I.K-I) [4】张强，陈国饮，武高辉，等.含高体积分数SiCp的铝基复 60%SiCp/Al 2.92 7.2 170 合材料制备与性能.中团有色金属学报，2003,13(5)： wW+11%-20%Cu15.65-17.00 6.5-8.3 180-200 1180 柯伐 8.10 5.2 11-17 [5]平延磊，贾成厂，曲选辉，等.SCp/A电子封装复合材料预 GaAs 5.32 6.5 成形坯的制备，北京科技大学学报，2004,26(3)：301 Al2O3 3.60 6.7 17 [6]赵敏，武高辉，姜龙诗，高体积分数挤压铸造铝基复合材 BeO 2.90 7.6 250 料时效特征.复合材料学报，2004,21(3)：91 [7] 喻学斌，张国定，吴人杰.真空压渗铸造铝基电子封装复 3结论 合材料研究.材料工程，1994(6)：9 [8]Pech M I,Katz R N,Makhlouf MM.Optimum conditions 利用粉末注射成形-无压熔渗相结合的工艺 for pressureless infiltration of SiC preforms by aluminium al- 可以低成本制备出形状复杂、具有较高尺寸精度 loys.J Mater Process Technol,2000,108:68 的封装零件，不需要二次加工，克服了复合材料难 [9]German R M.Powder injection molding.New Jersey:MPIF 以机械加工的缺点.实验所制备的(60%)SiCp/ Princeton,1990 A1复合材料致密度较高，热膨胀系数在100~400 [10]Lee J C.Byun J N,Park S B,et al.Prediction of Si content to suppress the formation of AlCa in the SiCp/Al composite. ℃范围内介于(7.10~7.75)×106K1之间，与 Acta Mater,1998.46(5):1771 GaAs,Be0接近匹配；热导率为170W·m1.K-1, [11]Viala J C,Laurent V.Lepet Y.Mechanism and kinetics of 与传统Cu(15%,质量分数)/W相当，是柯伐合 the chemical interaction between liquid aluminium and silicon 金的10倍：在密度上接近Al,不到Cu/W的1/5. carbide single crystals.J Mater Scl,1993.28:5301 可见，采用注射成形一无压熔渗相结合的制备工 [12]喇培清，许广济，丁雨田.高体积分数粒子型铝基复合材 料热膨胀性能的研究.复合材料学报，1998,15(2)：7 艺可以制备出综合性能优异的高体积分数SiCp/ [13]Hahn T A,Armstrong R W.Internal stress and solid solubil- A1复合材料，有望替代传统的封装材料而成为新 ity effects on the thermal expansivity of Al-Si eutectic alloys. 一代电子封装材料， Int J Thermophys,1988,9(2):179 [14】张崎，功率微电子封装用铝基复合材料，徽电子技术， 参考文献 1999,27(2):30 [1]Lee H S,Hong S H.Pressure infiltration casting process and Preparation of high volume fraction SiCp/Al composites for electronic packaging REN Shubin,HE Xinbo,QU Xuanhui,YE Bin Material Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT 60%SiCp/Al composites with a relative density of 98.7%were successfully prepared by the combination of ceramic injection molding for the preparation of SiC preforms with monosized particles and aluminum pressureless infiltration technique.The composites'microstructures were uniform and dense ob- served by SEM.The coefficients of thermal expansion of the composites in the current work ranged from 7.l0×10-6to7.75×10-6K-1 as the temperature from100℃to400℃，and the thermal conductivity was 170W.m-1.K1.Both were suit the technique requirement for electronic packaging. KEY WORDS SiCp/Al composites;electronic packaging;powder injection molding;pressureless infiltra- tionV o l . 2 8 N o . 5 任淑彬等 : 电子封装用高体积分数 is c P/ IA 复合材料的制备 4 4 7 . 封装材料而成为综合性能优异的新一 代电子 封装 材料 . 衰 2 sl c p / lA 与几种封装材 料的物理性能 比较 几b l e 2 C o m p ar i sou o f P h y s ica l eP r fo r . . n ce 悦 t w e n S IC P/ A I a dn 侧娜. d ce t or 川 e e叭声 u l a ti ou 血 t e d al s 材料 密度 / ( g · e m 一 3 ) 2 5 ℃ 一 1 5 0 ℃ , 热膨胀 系数 / ( 10 一 6 K 一 l ) 热导率 / ( w · m 一 l · K 一 l ) 6 0 % S IC p / iA 2 . 9 2 W + 1 1% 一 20 % Q J 1 5 . 65 一 17 . 的 柯伐 8 . 10 G a A s 5 . 32 A 12伪 3 . 6 0 B e( 〕 2 . 9 0 7 . 2 6 . 5 一 8 . 3 5 . 2 6 . 5 6 . 7 7 . 6 17 0 18 0 一 2 0 0 1 1 一 17 5 4 l 7 2 5 0 3 结论 利用 粉末注射成形一 无 压熔渗相结合的工 艺 可以低成本制备出 形状 复杂 、 具 有较高尺 寸精度 的封装零件 , 不需要二 次加工 , 克服了复合材料难 以机 械加 工 的缺点 . 实验所制备的 ( 60 % ) SI C p / lA 复合材料致密度较高 , 热膨 胀 系数在 10 0 一 4 0 0 ℃ 范围内介于 ( 7 . 10 一 7 . 7 5 ) x lo ’ 6 K 一 ’ 之 间 , 与 G aA s , B e O 接近 匹配 ; 热导率为 17 0 w · m 一 ’ · K 一 ` , 与传统 C u( l5 % , 质量分数 ) / w 相 当 , 是 柯伐 合 金 的 10 倍 ; 在密度上 接近 lA , 不到 C u/ W 的 1 5/ . 可见 , 采用注 射成形 一 无 压 熔 渗相结 合的制备工 艺可 以制备出综 合性 能优异的高体积分数 is c P/ A l 复合材料 , 有望 替代传统 的封装材料而 成为新 一代 电子封装材料 . 参 考 文 献 [ 1 ] L e H s , H o n g 5 H . p re s u r e i n fi l r r a t i o n 。 a s t i飞 p r oc e s a n d t h e rm o p h y s i e a l p r o 谬 r t ies o f h ig h vo l u me f ar e t i o n S IC 可lA m e t a 盖m a t r i x e o m op s i t e s . M a t e r cs i l 祝h on l , 2 0 0 3 , 19 : 1 0 5 7 [ 2 」 aS t h e S , aS m m a k i a B . A r e v i e w o f : ce e n t d e v e l o p m e n t s i n osm e p r a e t i e a l a s详 e t s o f a i r 一 co l e d e lce t or n i e p a e k呀e s . J H ae t rT a ns fe r , 19 9 8 , 1 2 0 ( 4 ) : 8 3 0 【3」 A r 卯 n R . M o li n a J M . aS r a v an a n R A , e t 。 1 . T h e rm a l e x 钾n - is on b e h a v s o u r o f 。 l u m i n u m / S IC c o m p o s i t es w i t h bi m叼 a l 钾r - t i e l e d i s t r ib u t i o n s . A e t a M a te r , 2 0 0 3 , 5 1 : 3 1 4 5 【4 ] 张强 , 陈国钦 , 武高辉 , 等 . 含 高体积分数 is c p 的铝 基复 合材料制 备 与性 能 . 中国 有色金 . 学报 . 2 003 , 13 ( 5 ) : 1 1 80 〔5 」 平 延磊 , 贾成 厂 . 曲选 辉 , 等 . is c p /月 电子封装复 合材料 预 成形坯的制备 . 北京科技大学学报 , 20 04 , 2 6( 3) : 301 【6 ] 赵敏 , 武 高辉 , 姜 龙涛 . 高体积分 数挤 压 铸造铝基 复合材 料时效特征 . 复合材料学报 , 2 0 04 , 21 ( 3) : 91 【7] 喻学斌 , 张国定 , 吴人 杰 . 真空 压 渗铸造 铝墓 电子 封装 复 合材料研究 . 材料工程 . 19 9 4( 6 ) : 9 [ 8 」 p ec h M 1 . K a t z R N , M a k h l o u f M M . o p t im u m 。 o n d i t i o n s of r p r e s s u r e l es i n f il t ar t ion o f S IC p r e of rms b y a l u m i n i u m a l - l o y s . J M a t e r P r o 心已 络 T ce h on l , 20 0 0 , 10 8 : 6 8 [ 9 1 eG rm a n R M . P o w d e : inj ce t i o n om ld i n g . N e w J e r se y : M P IF P r i n e e t o n , 1 9 9 0 [ 1 0 ] L e e J C , B y u n J N , P a r k 5 B . e t a l . P r e di e t i o n o f s i co n t e n t t o s u p p r e s t h e of r m a t i o n o f 月; C 3 i n t h e S IC可川 co m xl 招 i t e . A e t a M a t e r , 1 9 9 8 , 4 6 ( 5 ) : 1 7 7 1 [ 1 1 ] V i a l 。 J C , I刁 u r e n t V , I _ e p e t Y M ce h a n i sm 。 n d k i n e t ics o f t h e e h e m i e a l i n t e r a e t i o n b e t w e n l iq u id a l u m i n i u m a n d s ilico n - e a r b id e s i n g l e e 斗s t a l s . J M a t e r cS i , 1 9 9 3 , 2 8 : 5 3 0 1 【12 〕 喇培清 , 许广济 . 丁雨 田 . 高体积分数粒子型 铝墓 复合材 料热 膨胀性能的研究 . 盆合材 料学报 . 19 98 . 15 ( 2) : 7 [ 1 3 了 aH h n T A , A r m s t or n g R w . I n t e rn a l s t r e s an d . lid os l u b il · i t y e f f e e t s o n t h e t h e rm a l e x pa n s i v i t y o f IA 一 5 1 e u t ce t i e a ll o ” . I n t J T h e ~ p 加y s , 1 9 8 8 . 9 ( 2 ) : 1 7 9 【14 〕 张崎 . 功率 微 电子封 装 用铝 基复 合材 料 . 徽电子 技 术 , 1 9 9 9 , 2 7 ( 2 ) : 3 0 P r e p a r a t i o n o f h ig h v o l u m e f r a e t i o n S IC p / A I C o m p o s i t e s f o r e l e 。 t r o n i c p a e k a g i n g R E N hS u b i n , 月E X i n bo , Q U X u a n h u i , Y E B i n M a r e r i a l 反 i e n e e a n d E n g i n e r i n g cS h o l , U n ive rs i t y o f cS i e n e e a n d T ce h n o l呢 y Be i j i n g , eB ij i n g 10 0 0 8 3 , C h i n a A BS T R A C T 6 0 % S IC P / A I e o m P o s i t e s w i t h a re l a t ive d e n s i t y o f 9 8 . 7 % w e re s u e e e s s f u ll y P re P a re d b y t h e e om b i n a t ion o f e e r a m i e inj e e t i o n mo ld i n g fo r t h e p r e p a r a t i o n o f S IC p r e f o r m s w i t h m o n o s i z e d p a r t i e l e s a n d a l u m i n u m p r e s s u r e l e s s i n fi l t r a t i o n t e e h n i q u e . T h e e o m p o s i t e s ’ m i e r o s t r u e t u r e s w e r e u n if o r m a n d d e n s e o b - se vr e d b y S E M . T h e e oe f fi e i e n t s o f t h e r m a l e x p a n s i o n o f t h e e o m p o s i t e s i n t h e e u r r e n t w o r k r a n g e d f rom 7 . 10 x 20 一 6 t o 7 . 7 5 x z o 一 6 K 一 l a s t h e t e m p e ra t u re rro m z o o ℃ t o 4 0 0 ℃ , a n d t h e t h e r m a l e o n d u e t i v i t y w a s 1 7 0 w · m 一 l · K 一 1 . 价t h w e r e s u i t t h e t e e h n iq u e r e q u i r e m e n t fo r e l e e t r o n i e p a e k a g i n g . K E Y WO R D S S IC p / A I co m p o s i t e s ; e l e c t or n i 。 p a e k a g i n g ; p o w d e r i nj e e t i o n m o ld i n g ; p r e s s u r e l e 骆 i n f i l t r a - t i o n