Cu-Sc2W3O12復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，Cu和Al等具有傳統(tǒng)熱學(xué)性能的封裝材料已滿足不了工業(yè)應(yīng)用的需求，尤其是在微電子工業(yè)快速發(fā)展的今天，半導(dǎo)體集成電路的規(guī)模越發(fā)龐大，相應(yīng)電子元器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量不斷增多，同時(shí)還伴有材料的受熱變形，這就要求封裝材料必須具有更加優(yōu)異的熱學(xué)性能，所以低熱膨脹高導(dǎo)熱封裝材料正成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。本文主要圍繞負(fù)熱膨脹材料Sc2W3O12的合成、Cu/Sc2W3O12新型復(fù)合材料的制備以及計(jì)算機(jī)輔助下的Cu/Sc2W3O

2、12模擬復(fù)合來(lái)開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。具體研究工作如下:
　　(1)以Sc2O3和WO3為原料，采用分步固相法合成了具有較高純度的正交相Sc2W3O12粉體。通過(guò)X射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)對(duì)粉體進(jìn)行物相分析和形貌觀察，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)Sc2W3O12顆粒呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的多面體形貌，并且顆粒尺寸在0.2～2μm之間。室溫～800℃Sc2W3O12的平均熱膨脹系數(shù)α為-4.7×10-6/K。
　　(2)采用粉末冶金法來(lái)制備Cu/S

3、c2W3O12復(fù)合材料。首先將Sc2W3O12粉體與Cu粉以不同比例初混;然后通過(guò)機(jī)械混合（球磨）加上手動(dòng)研磨的方法，獲得顆粒細(xì)小且分布均勻的混合粉體;接著將混合粉體壓制成坯;最后在不同燒結(jié)參數(shù)下燒結(jié)成型，制得不同熱膨脹系數(shù)的Cu/Sc2W3O12復(fù)合材料。通過(guò)SEM對(duì)混合粉體及固體試樣進(jìn)行了形貌表征;通過(guò)XRD對(duì)固體試樣進(jìn)行了物相分析;利用熱膨脹儀(DIL)測(cè)定了試樣的熱膨脹系數(shù);利用激光閃射儀(LFA)測(cè)定了試樣的導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果表明

4、通過(guò)粉末冶金法可以制備熱膨脹系數(shù)可控的Cu/Sc2W3O12復(fù)合材料，Sc2W3O12體積分?jǐn)?shù)為50％和60％時(shí)，固體樣品的熱膨脹系數(shù)分別為4.58×10-6/K、3.96×10-6/K，并且理論上Sc2W3O12體積分?jǐn)?shù)為78.3％時(shí)，固體樣品的熱膨脹系數(shù)接近0。
　　(3)本文提出了一種全新的Cu/Sc2W3O12復(fù)合材料制備思路。借助先進(jìn)的激光精密刻蝕技術(shù)在銅箔上進(jìn)行微造型，得到按一定幾何規(guī)律配置的半球形坑，將粉體填充到坑中

5、，然后進(jìn)行疊片和熱壓燒結(jié)獲得Cu/Sc2W3O12復(fù)合材料。在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行Cu/Sc2W3O12的設(shè)計(jì)和模擬復(fù)合研究，以期獲得相應(yīng)的關(guān)鍵制備參數(shù)（坑的形狀、坑的間距、層間的疊加模式）。模擬結(jié)果表明，借助激光精密刻蝕技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)Sc2W3O12顆粒在Cu基體中復(fù)合量和空間分布狀態(tài)的精確和主動(dòng)控制;復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)主要受Sc2W3O12復(fù)合量的影響;當(dāng)設(shè)計(jì)的坑為半球形，坑直徑為40μm，坑的間距為40μm，上下片層的疊合方式設(shè)置為對(duì)