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《电子封装用新型石墨纤维增强金属基复合材料的研究》内容简介：微电子及半导体器件对电子封装材料要求的不断提升推动着高热导率、可调热膨胀系数金属基复合材料的开发，以有效地驱散热量和减小热应力，提高电子设备的性能、寿命和可靠性。而具有高导热、低热膨胀系数、且加工性良好的新型石墨系材料已开始被尝试用于和金属Cu、Al的复合，成为电子封装用金属基复合材料研发的新动向。本书介绍了高性能石墨纤维增强Cu、Al基复合材料的制备并对其显微结构和热性能进行了研究。本书从增强体表面金属化改性的角度出发，详细阐述了石墨纤维表面金属化的工艺，较系统地论述了石墨纤维与Cu、Al复合时的界面特性，优化了复合材料的相关制备工艺；较全面地表征了所制备复合材料的热物理性能，并对导热机理进行了深入探讨；书中还就电子封装用金属基复合材料进行了展望。

目 录

第1章 绪论

1.1 电子封装材料概述

1.1.1 电子封装材料的定义及要求

1.1.2 常用电子封装材料

1.1.3 先进金属基电子封装材料

1.2 碳纤维及其与金属的复合技术

1.2.1 导热型沥青基碳纤维简介

1.2.2 碳纤维材料的导热理论

1.2.3 碳纤维与金属基体润湿性的改善

1.2.4 碳纤维/金属复合材料的制备工艺

1.3 电子封装用碳纤维/金属复合材料的研究现状

1.4 研究背景和意义

第2章 实验部分

2.1技术路线

2.2实验及研究内容

2.3主要原料

2.4分析及测试方法

2.4.1密度及相对密度测量

2.4.2显微组织与物相分析

2.4.3热导率测试

2.4.4热膨胀系数测定

第3章 石墨纤维的表面金属化

3.1化学镀铜

3.1.1石墨纤维表面预处理

3.1.2化学镀铜工艺参数的优化

3.2真空微蒸发镀钛和铬

3.2.1镀覆原理、过程及基本工艺参数

3.2.2蒸镀温度与时间对镀层质量的影响

3.2.3镀层的形貌、成分与结构

3.3粉末覆盖烧结镀钼

3.3.1镀覆原料及过程

3.3.2镀覆工艺参数的选择与控制

3.3.3镀层的检测分析

3.4本章小结

第4章 石墨纤维/铜复合材料的制备

4.1 实验方案、条件及过程

4.2制备工艺对复合材料致密化的影响

4.2.1烧结温度的影响

4.2.2加压方式及压力大小的影响

4.2.3金属铜粉粒度及搭配的影响

4.3石墨纤维含量及表面镀层对复合材料致密化的影响

4.3.1石墨纤维含量的影响

4.3.2镀层的影响

4.4石墨纤维/铜复合材料的形貌及纤维排布特点

4.5本章小结

第5章 石墨纤维/铜复合材料的显微结构与热性能分析

5.1石墨纤维/铜复合材料的界面特性

5.1.1无镀层石墨纤维/铜复合材料的界面

5.1.2镀铜石墨纤维/铜复合材料的界面

5.1.3镀覆碳化物形成元素石墨纤维/铜复合材料的界面

5.2石墨纤维/铜复合材料的断口形貌

5.3石墨纤维/铜复合材料的热性能分析

5.3.1复合材料的热导率

5.3.2复合材料的热膨胀系数

5.4本章小结

第6章 石墨纤维/铝复合材料的制备及组织性能

6.1实验原料、设备及过程

6.1.1石墨纤维预制体的设计与制备

6.1.2预制体的热脱脂

6.1.3预制体的压力熔渗

6.2熔渗工艺对石墨纤维/铝复合材料致密化的影响

6.2.1熔渗温度的影响

6.2.2熔渗压力的影响

6.2.3保温时间的影响

6.3石墨纤维/铝复合材料的组织及性能

6.3.1复合材料的显微组织与界面特性

6.3.2复合材料的热物理性能

6.4本章小结

第6章 结论

主要参考文献

张昊明，男，河南省周口市人，1984年9月生，河南工程学院机械工程学院讲师，2012年北京科技大学材料科学与工程专业博士毕业，主要从事金属基复合材料、功能陶瓷材料的制备及成形技术研究。近几年来参与或主持的科研项目主要有：国家科技重大专项项目《高速、精密滚珠丝杠副返向结构设计与制造》、国家自然科学基金项目《TiAl金属间化合物近终形成形的相关基础研究》、河南省科技厅项目《电子封装用石墨纤维铝复合材料的界面设计与导热性能研究》等。完成省部级鉴定项目3项，申请专利5项。发表论文数篇，其中SCI收录6篇，EI收录4篇。

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编辑推荐

本书所述高导热石墨纤维Cu、Al复合材料能结合了金属基体和增强体优良的导热性能以及增强体低膨胀的特性。是研究发展电子器件封装用的高导热、低膨胀复合材料的*动态之一。出版此书，能够普及电子封装材料方面的知识，让读者了解石墨纤维金属材料的制备工艺，为专业知识人员提供相关的借鉴，为该体系复合材料的进一步研发提供实践依据，为热管理领域提供有效的材料选择。

前言

在微电子技术高速发展的今天，芯片运算速度越来越高，集成电路的封装密度也越来越大。电子元件在高频工作下产生的极大热量，可导致器件及电路板工作温度升高，而过高的温度会影响器件的稳定性及寿命。半导体器件，尤其是高功率密度器件的散热问题已成为电子信息产业面临的技术瓶颈之一。另一方面，在微电子集成电路以及大功率整流器件中，因材料之间热膨胀系数的不匹配而引起的热应力与热疲劳也会引起微电子电路和器件的失效。解决上述问题的重要手段之一是选择合理的封装材料，此时要求封装材料具有高的热导率和可调的热膨胀系数以有效地驱散热量和减小热应力。

传统的低膨胀材料如

Invar

，

Kovar

，

W(Mo)/Cu

等已不能满足现代热管理对材料的散热性要求。自

20

世纪

90

年代以来，以

SiC/Al

材料为典型代表，将高导、低膨胀材料与高导金属材料进行复合以获得导热性良好、线膨胀系数可调的金属基封装材料，已成为设计和研制电子器件用封装材料的重要理念和发展方向。当前

SiC/Al

材料的各项性能，尤其是导热性能

(<250W/mK)

表现已难以取得突破，随着现代热管理对封装材料导热性要求的进一步提高，无疑以更高热导率金刚石为增强体的复合材料体系成了关注和研发的焦点。然而，在高导金刚石

/

金属材料取得长足发展的同时，其可加工性能差的问题仍未得到很好解决，限制了其实际应用。近期，具有高导热、低热膨胀系数且加工性良好的新型石墨系材料，如石墨泡沫

(graphite 

foam)

、天然石墨鳞片

(graphite 

flake)

、高导石墨纤维

(graphite fiber)

等，已开始被尝试用于和金属如

Cu

、

Al

的复合，成为电子封装用金属基复合材料研发的新动向。

以中间相沥青为先驱体制备的高性能碳纤维，通常被称为中间相沥青基石墨纤维，其轴向热导率接近

1100W/mK

，热膨系数可达

?1.5

×

10-6/K

。随着石墨纤维技术的不断进步，该种石墨纤维的非连续形式

(

磨碎或短切形式

)

具备了超过

900W/mK

的热导率和较低的价格

/

成本

(

为连续长纤维的

1/10)

，因此，非常适合作为电子封装用金属基复合的增强相材料。基于此，本书以磨碎形式的该种石墨纤维为原料，分别采用放电等离子烧结和真空压力熔渗技术制备了石墨纤维

/

铜和石墨纤维

/

铝复合材料。并从增强体表面金属化改性的角度出发，对石墨纤维进行金属化处理，以改善体系的润湿和结合状况。对成形复合的工艺参数进行了优化，对复合材料的显微组织及热性能进行了检测和分析。以期为该体系复合材料的进一步研发提供理论与实践依据。

由于作者才疏学浅，水平有限，书中难免有很多不足之处，敬请读者不吝赐教。谢谢！

张昊明

河南工程学院机械工程学院