【摘 要】
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随着电子信息技术的不断进步,电子器件向着高温、高频、高功率密度方向发展,电子器件对散热要求越来越高。金刚石/铝复合材料以其优异的热物理性能,成为新一代理想的电子封装材料。本文采用盐浴法在金刚石表面镀钛,探究最佳镀覆工艺参数。采用气压浸渗法制备了金刚石/铝复合材料,研究了金刚石镀钛对复合材料相对密度、热导率以及热膨胀系数的影响,同时对复合材料在干湿交替和热循环环境下性能稳定性进行了研究,并与裸料金刚
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随着电子信息技术的不断进步,电子器件向着高温、高频、高功率密度方向发展,电子器件对散热要求越来越高。金刚石/铝复合材料以其优异的热物理性能,成为新一代理想的电子封装材料。本文采用盐浴法在金刚石表面镀钛,探究最佳镀覆工艺参数。采用气压浸渗法制备了金刚石/铝复合材料,研究了金刚石镀钛对复合材料相对密度、热导率以及热膨胀系数的影响,同时对复合材料在干湿交替和热循环环境下性能稳定性进行了研究,并与裸料金刚石/铝复合材料进行了对比。主要研究结果如下:采用盐浴法在780℃下保温90min即可在金刚石表面镀覆较薄的镀层,镀层由TiC层和少量钛颗粒组成。随保温时间增长,镀层厚度不断增加,镀层均匀性与致密性提高。根据金刚石镀钛时的增重和镀钛金刚石腐蚀时的失重建立了镀层厚度理论计算模型,对其误差进行分析并与XPS测试结果对比,可确保镀层厚度可控。盐浴镀钛金刚石颗粒经800℃、1h高温烘烤后镀层未剥离,表明镀层结合力良好。当镀层厚度由180nm增加到550nm时,镀钛金刚石/铝复合材料的热导率先增加再降低。当镀层厚度为320nm时,复合材料的热导率为502W/(m·K),25~300℃的平均热膨胀系数为8.25×10-6/K,满足电子封装材料的使用要求。金刚石表面镀钛可以消除金刚石与铝基体间的选择性界面结合,有效改善界面润湿性,从而提高复合材料的相对密度,降低热膨胀系数,同时抑制界面处Al4C3生成。由于镀钛层会引入新的界面热阻,从而会在一定程度上降低复合材料热导率,这与AMM模型的计算结果吻合。裸料金刚石/铝复合材料界面处会生成大量Al4C3,其易潮解特性会导致性能衰退。研究表明,在干湿交替环境下放置30天后,裸料金刚石/铝复合材料的热导率从558 W/(m·K)下降到507 W/(m·K),衰退9.1%;而镀钛金刚石/铝复合材料的热导率从458 W/(m·K)下降到446W/(m·K),仅衰退2.6%。裸料金刚石/铝复合材料在25~125℃下热循环100次后,热导率从564 W/(m·K)下降到509 W/(m·K),下降9.8%;而镀钛金刚石/铝复合材料经100次热循环后热导率基本无变化。上述原因在于金刚石表面镀钛后,可以有效抑制界面产物Al4C3的生成,从而提高复合材料在干湿交替和热循环环境下性能的稳定性。
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