錫-鉍-碳納米管復(fù)合材料的制備及機(jī)械性能研究.pdf

1、針對微電子封裝中芯片散熱量不斷增大而對高導(dǎo)熱及高連接強(qiáng)度熱界面材料(TIM)的迫切需求，本文基于復(fù)合電沉積法將低熔點錫-鉍(Sn-Bi)合金和高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度的碳納米管結(jié)合，制備了錫-鉍/碳納米管(Sn-Bi/CNTs)復(fù)合材料。并利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射(XRD)以及差示掃描量熱分析儀(DSC)對Sn-Bi/CNTs復(fù)合鍍層的表面微觀形貌、組織結(jié)構(gòu)、組成成分及熔點進(jìn)行表征。表征

2、結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CNTs與Sn-Bi實現(xiàn)了共沉積，且CNTs的添加對Sn-Bi的熔點影響不大。
　　本研究首先通過兩種不同工藝得到Sn-Bi/CNTs復(fù)合材料單搭接接頭樣品。接頭剪切測試結(jié)果表明不同制備工藝得到搭接接頭的強(qiáng)度差異較大。采用冷壓燒結(jié)法制備了Sn-Bi/CNTs復(fù)合材料拉伸樣品，并研究了不同壓制壓力對Sn-Bi/CNTs復(fù)合材料拉伸性能的影響。結(jié)果表明較高壓制壓力有利于提高其拉伸性能。隨后重點對CNTs濃度分別為0mg/L、

3、5mg/L、25mg/L和125mg/L的Sn-Bi/CNTs復(fù)合材料試樣單搭接接頭剪切性能和拉伸性能進(jìn)行了測試。研究結(jié)果表明，在CNTs濃度為0～25mg/L時，Sn-Bi/CNTs復(fù)合材料試樣的接頭強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著CNTs濃度升高而增大。即CNTs添加使得Sn-Bi力學(xué)性能得到強(qiáng)化。當(dāng)CNTs濃度為25mg/L時，復(fù)合材料試樣接頭強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均達(dá)到最大，分別約為純Sn-Bi試樣的1.6倍和1.25倍。而CNTs濃度繼續(xù)增加時，由

4、于CNTs團(tuán)聚造成復(fù)合材料力學(xué)性能下降。斷口分析顯示CNTs能細(xì)化基體晶粒尺寸，且主要以橋連和拔出形式存在。
　　本研究基于復(fù)合材料理論模型預(yù)測得到了不同CNTs含量下Sn-Bi/CNTs復(fù)合材料的力學(xué)參數(shù)，并利用ANSYS軟件對單搭接接頭模型進(jìn)行有限元模擬。對比分析CNTs含量和接頭幾何參數(shù)對接頭強(qiáng)度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)接頭強(qiáng)度受焊料層厚度影響較大，且隨著CNTs含量升高而增大。當(dāng)CNTs含量為1.2vol.％時，復(fù)合材料接頭強(qiáng)度較