氧化工艺在Al-Si电子封装材料制备中的应用研究

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1、中南大学硕士学位论文摘要摘要本文针对高硅铝合金电子封装材料，采用了空气预氧化和高能球磨先对合金粉末进行预处理，然后再结合粉末冶金包套热挤压工艺，力求达到与内氧化方法制备金属基复合材料相同的效果。同时借鉴弥^散强化铜和银氧化物触头材料制备中的内氧化工艺，采用了高温高压-’充氧氧化对热挤压后的A1一Si合金材料作后续处理，制备出了含A120a蠢．与SiO：弥散强化的铝硅复合材料，在一系列试验的基础上，分析了A1-Si合金粉末的氧化热力学和动力学，讨论了氧化时间、球磨时间和球料比对合金粉末性能的影响，并通过对材料的组织结构、气密性、热物理性能和

2、力学性能的分析，重点研究了预氧化工艺对材料最终性能的影响，取得的主要结论如下：1、A卜Si合金粉末经300℃保温空气氧化后，在相同的氧化时间内硅含量高的A1-Si粉末氧化程度更深，其氧含量的增加更多；所制备材料的致密度均在97％以上；在相同氧化时间内，A1—12Si比A1—30Si材料气密性要好，其值均在1×10。9Pa·m3·Sq以下，但粉末氧化24小时后，A1—30Si材料的气密性值也可达0．8×10。9Pa·m3·S～；粉末预氧化对材料热膨胀系数的影响不明显，材料的热导率和强度均随粉末氧化时间的延长而增加，A1—30Si粉末氧化32

3、小时后，材料的热导率为128W·M-1·K～，材料的抗拉强度与弯曲强度分别为291MPa与378MPa，比粉末未氧化的分别提高了33．5％和26．4％；材料的断裂方式随着氧化时间的延长而变化，由单纯的韧性断裂逐渐向韧性与脆性共存的混合断裂转变，并且断裂主要发生在硅相与基体的界面。2、A1-30Si合金粉末球磨后粉末的粒径减小，氧含量增加，并且明显高于相同时间内300℃等温氧化粉末的氧含量值；在相同球料比(10：1)下，A1-30Si粉末经不同球磨时间球磨后，所制备材料的致密度均接近100％，气密性值都在1×10。9Pa·m3·S叫以下；材

4、料的热膨胀系数明显比空气氧化粉末的低，并随粉末球磨时间的延长逐渐降低，球磨32小时后，材料在100℃时的热膨胀系数值为12．9×10娟K～；材料的热导率和强度随球磨时间的延长而增加，粉末球磨32小时后材料的热导率为145W·M-1·K一，抗拉强度达289MPa：材料的延伸率在球磨8小时以后达到最大值8．8％，但随着球磨时间的延长中南大学硕士学位论文摘要又有下降的趋势。3、相同球磨时间(24小时)下，AI-30Si粉末采用不同球料比球磨后，粉末的氧含量随球料比的增加而增大，球料比从5：1增大到lO：l时，其粉末氧含量增长速度最快；在本实验中

5、，当球料比为i0．1时，球磨细化效果最好，材料的热导率与抗拉强度分别达到最大值142W·M-‘·K。和279MPa，材料的延伸率则在球料比为5：1时达到最大值9．6％，随后有所下降。4、在本实验条件下，经过对球料比和球磨时间对材料性能的影响分析，得出了粉末球磨时间为24小时、球料比为i0：1时，材料的综合性能最好。5、通过比较空气预氧化与粉末球磨工艺对材料组织性能的影响分析，得出了A卜30Si粉末经球磨后所制备材料的综合性能较好，且完全满足“低密度低膨胀高热导高硅铝合金电子封装材料的研究”项目的要求。6、高压氧化后材料的晶粒有长大现象，S

6、i含量高的合金长大更为明显，在A1—40Si合金中存在Si颗粒的偏聚，材料的致密度增加，气密性改善；高压氧化工艺对材料的热膨胀系数影响不明显，但可显著提高材料的热导率，A卜30Si与A卜40Si材料的热导率分别提高了16．4％和23．5％。关键词电子封装，AI-Si合金，空气预氧化，高能球磨，高温高压氧化II^-，中南大学硕士学位论文AbstractInordertofabricatehighsiliconaluminumalloyselectronicpackagingmaterials，airpreoxidationandhighen

7、ergymillingprocessisappliedtodealwithalloypowderbeforehand，thenalloysarepreparedbyvacuumcanninghot-extrusionprocess．Favorablepropertiesasmuchasmetal．matrixcompositesproducedbyintemaloxidationprocessiSexpected．Atthesametime．intemaloxidationprocessinfabricationofdispersions

8、trengtheningcopperalloysandAgMeOcontactmaterialsiSusedforreference．andthermalextrusionsamplesare