喷射沉积al-27％si合金的半固态挤压成形

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1、万方数据中南大学硕士学位论文第一章文献综述1．2．2热传导性能温度不同的几种材料之间在相互靠近或接触或材料内部不同区域具有不同温度时，热量将从温度高的材料或区域向温度低的材料或区域“流动”，物质问的这种能量的交换方式即为热传导。在单位温度梯度下，垂直于热“流动”方向的单位截面通过的热量称为热导率(九)。实际热传导过程一般不是均匀稳定的过程，在热传导过程中，温度场随时间变化，因此，热传导过程是一个非稳态热传导过程。非稳态热传导过程和体系热函相关，热函的变化速率和热导率成正比，和定容比热成反比，通常引入一个和

2、热传导相关的参数热扩散系数(a)以满足实际表征和计算的需要。其表达式如式(1．1)所示喊-，2．c'L(1．1)式中，九为热传导率，p为材料密度，c为材料定容比热，通过测量材料的热扩散率，即可以计算出精确有效的热传导率数值。合金的热传导主要是通过电子和声子的作用来实现的，其热传导表达式如式(1．2)所示。x2丸。+k(1-2)式中，k和k分别为电子热传导系数和晶格波(声子)的热传导系数。热传导过程主要依靠电子的运动和晶格振动的格波来实现，因此材料中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态改变的同时，会产生频

3、率较高的电磁波，其中波长处于可见光和红外线波长区域的热射线在传递时会伴随热辐射效应。材料的热导率取决于组元的热导率特性；材料中晶体的不完整性也会显著影响热导率，过饱和固溶体原子、空位、位错等晶体缺陷以及晶界等都会造成电子的散射，从而削弱材料的热传导性能；气体的热导率通常较低，材料中存在的孔隙会进一步降低其热传导能力ll引。1．3电子封装材料的研究现状现代集成电路特别是应用于航天航空等高新领域的集成电路电子封装对材料性能有严格要求。先进电子封装基板材料应具有与砷化镓和硅等典型半导体材料相匹配或略高的CTE、

4、合理的刚度、低密度和高热导率。1．3．1传统电子封装材料传统电子封装材料按其材料种类可分为陶瓷、纯金属和金属合金等几类。部分传统电子封装材料的性能如表1—1所列。万方数据中南大学硕士学位论文第一章文献综述表1．1部分电子封装材料的性能【14】陶瓷材料【15】与Si的CTE值相近，是优良的电子封装基板材料。A1203【16J是陶瓷电子封装基板材料中制备工艺最成熟、应用范围最广的材料，它具有价格低廉、电绝缘性和耐热冲击性好、高频特性优异等优点，化学性能稳定且与金属附着性能良好。但A1203的热导率相对较低，是

5、所有常用电子封装材料中最低的，因此，较低的热导率限制了A1203在大功率集成电路中的应用。AlN【l7J是一种新型高热导材料，热导率高，抗化学腐蚀性能好，线膨胀系数值与Si材料匹配，且具有较高的绝缘性能和优异的高频特性，化学性能非常稳定且热导率高、介电常数低。但AlN容易被水溶液浸蚀，而使制备工艺复杂，成本高。BeO具有较高的热导率和理想的高频特性，综合性能较好，但BeO有毒，其应用也受到限制。大部分的金属材料及其合金有较高的热导率，如Al、Cu等纯金属具有较高的热导率(>200W．m～·KJ)，但其热膨

6、胀系数大，一般远高于半导体材料。两种联接在一起的材料，热膨胀系数的差值越大，随温度变化，联接界面产生的热应力越大，而当热应力大于一定值时，易于引起联接失效，从而引起电子器件失效。为了克服金属材料的热膨胀系数过大的问题，研究者们研发了铜钨、柯伐等合金材料。该类合金热导率较高，CTE值较小，但高密度限制了其在航空航天等对密度有特殊要求的行业的应用。因此，研究一种新型电子封装材料是电子技术发展特别是航空领域电子技术发展的客观要求。4万方数据中南大学硕士学位论文第一章文献综述1．3．2新型电子封装材料为适应航空航

7、天领域发展对电子封装材料的高要求，最新发展的电子封装材料有金刚石／Cu复合材料和高硅铝合金。金刚石／Cu复合材料【18】的设计宗旨是应用复合材料的特点，结合金刚石和Cu的高热导率的优点和金刚石低密度，低CTE值的特殊性能，以制备密度小、CTE值小且适合于电子封装的基板材料【l91。金刚石是自然条件下存在的热导率最高的材料，其热导率达到2200~2600w·m～·K一，CTE值约为0．86×10击K一。Cu的热导率约为390W．m～·K～，CTE值约为17×10击K-I。理论上，金刚石／Cu复合材料的热导率

8、可达到400W．m～·K．1以上，而CTE值约为6×10’6K～，可作为基板使用120】。但金刚石／Cu并未能广泛应用于电子封装中，其应用主要受到以下几个方面的限制：(1)金刚石／cu复合材料的制备工艺非常复杂、成本高。最新发展的制备方式主要为高温高压条件下的烧结【2¨，其烧结压力达到8GPa，如此高的压力对设备要求非常高，从而制约了该制备方式的应用。(2)金刚石／Cu复合材料中金刚石和Cu两种物质晶体结构差异大，结合能力差，