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高致密度的钨铜合金薄板作为封装基板材料具有导热系数高、膨胀系数低、力学性能良好等优点,可以解决由芯片功率增加、封装微型化带来的过热问题。本研究以常规工业级钨粉和铜粉作为原料,通过粉轧制坯、连续液相烧结、冷轧变形和复烧制备出全理论密度的钨铜(W-15Cu)合金薄板,并对各工艺环节材料的致密化过程、显微组织结构和性能变化进行分析和研究。具体表现为:
1、烧结致密化研究:钨铜合金薄板坯烧结致密化机理与非晶体粘性流动烧结理论相吻合,该理论可解释钨铜合金低中温烧结的动力学特征。连续液相烧结工艺有利于钨铜合金薄板烧结致密化,其致密化过程是通过生坯中的孔隙沿推舟方向反向迁移实现的。
2、冷轧变形致密化研究:钨铜合金薄板材(RD=91%)具有较好的冷轧塑性变形能力,其变形量可达到65%以上,且冷变形后试样密度与理论值16.4g/cm3接近,打破了传统上认为高钨含量钨铜合金无法进行冷轧变形的观点。钨铜合金薄板冷轧变形机制包括:孔隙受压应力变形为孔隙缝、铜相变形伴随钨颗粒转动和相对滑移、钨颗粒拉伸为长带状。在冷轧致密化过程中团聚的钨颗粒被裂解,铜相被挤入钨颗粒之间,使钨铜合金组织均匀化。
3、复烧致密化研究:为了消除冷轧变形后钨铜合金薄板的内部缺陷,对其进行复烧处理。复烧后材料内部缺陷消失,拉长的钨颗粒发生再结晶,使钨铜合金两相组织分布更加均匀,改善了材料的热性能参数。
本研究制备出密度为16.4g/cm3、厚度为0.2mm、导热系数为196.3Wm-1K-1、膨胀系数为5.60×10-6/℃的钨铜(W-15Cu)合金薄板,其优异性能满足了电子封装材料的要求。