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目录1前言...........................................................11.1课题来源...................................................11.2课题的研究目的和意义.......................................21.2.1研究目的...............................................21.2.2课题的意义.............................................22文献综述......................................................32.1铜基电子封装复合材料简介...................................32.1.1颗粒增强型铜基电子封装材料.............................32.1.2铜基复合材料的制备方法.................................42.2半固态加工技术简介.........................................72.2.1半固态加工概述.........................................72.2.2半固态金属的形成机理...................................82.2.3半固态金属浆料的制备方法..............................102.2.4半固态成形工艺........................................122.2.5半固态金属成形的工业应用..............................162.2.6半固态成形技术现状....................................173课题的研究内容和难点.........................................203.1研究内容..................................................203.2难点......................................................204实验条件.....................................................214.1实验材料..................................................214.2实验设备..................................................245实验方案与技术路线...........................................265.1SIC铜基复合材料的制备....................................265.2电子封装壳体的触变锻造....................................266研究工作计划和时间安排.......................................28参考文献.......................................................29北京科技大学硕士研究生开题报告11前言金属封装是采用金属作为壳体或底座，芯片直接或通过基板安装在外壳或底座上，引线穿过金属壳体或底座大多采用玻璃—金属封接技术的一种电子封装形式。它广泛用于混合电路的封装，主要是军用和定制的专用气密封装，在许多领域，尤其是在军事及航空航天领域得到了广泛的应用[1]。传统的电子封装材料由于具有一些不可避免的问题，只能部分满足电子封装的发展要求。Invar、Kovar的加工性能良好，具有较低的热膨胀系数，但导热性能很差；Mo和W的热膨胀系数较低，导热性能远高于Invar和Kovar，而且强度和硬度很高，所以，Mo和W在电力半导体行业中得到了普遍的应用。但是，Mo和W价格昂贵、加工困难、可焊性差、密度大，而且导热性能比纯Cu要低得多，这就阻碍了其进一步应用。Cu的导热导电性能很好，可是热膨胀系数过大，容易产生热应力问题。金属基复合材料兼备金属易加工、高导热、高导电的性能以及增强体轻质、低膨胀的性能，同时它还具有良好的尺寸稳定性、高的耐磨性和耐腐蚀性及性能的可设计性[2,3]。这一系列优点使它成为替代传统电子封装材料的最佳选择。可以预见，随着信息技术继续向小型化、微型化、大容量和高可靠性方向发展，电子封装将朝着高性能、低成本、低密度和集成化方向的发展，对金属封装材料提出越来越高的要求，金属基复合材料将为此发挥着越来越重要的作用，因此，国内对金属基复合材料的研究和使用将是今后的重点和热点之一。本课题将在实验室条件下，利用现有的实验设备，设计配套的实验模具，分别采用半固态加工方法和粉末冶金法制备SiC/Cu复合材料。以此为基础，设计新型的挤压模具并研究挤压工艺参数，采用半固态挤压成形技术，生产优质的电子封装壳体器件。1.1课题来源国家高技术研究发展计划（863）项目（2007AA03Z119）；中电集团第四十三研究所创新基金项目。北京科技大学硕士研究生开题报告21.2课题的研究目的和意义1.2.1研究目的1）在实验条件下，探索采用半固态加工法制备SiC/Cu复合材料的工艺参数，制备得到符合要求的复合材料。2）优化粉末冶金法制备SiC/Cu复合材料各项参数及模具。3）研究该铜基复合材料的半固态触变锻造成形工艺，优化半固态重熔工艺参数和锻压工艺参数；获得符合工业化生产的半固态模锻成形的工艺参数。1.2.2课题的意义到目前为止，颗粒及纤维增强铝基复合材料已在电子封装材料领域得到了广泛应用，其材料制备及加工工艺已日臻成熟，铝基复合材料产品的使用开发及理论研究也逐渐深入。然而与铝基复合材料相比，有关铜基复合材料的理论研究与开发应用尚不成熟，迫切需要进行更多的探索和研究。铜基复合材料具有与铝基复合材料相似的性能，如优良的物理和力学性能以及适中的价格，可以作为导电、导热功能材料用于航空航天、微电子等领域。而且由于Cu的热膨胀系数比Al低，但导热率比Al高，因此选用Cu代替Al制备的铜基复合材料将是极具竞争力的候选材料之一。目前，高强度导电铜基复合材料在美国、日本、德国等发达国家开发研究异常活跃，并在某些方面取得突破性进展；我国也把目光投向铜基复合材料，并对其物理和力学性能进行了逐步的探索和研究[4]。北京科技大学硕士研究生开题报告32文献综述2.1铜基电子封装复合材料简介2.1.1颗粒增强型铜基电子封装材料颗粒增强型铜基复合材料所用的增强相粒子主要有W、Mo、SiCp等低膨胀系数粒子。在常规的颗粒增强型结构复合材料中，增强相的体积分数一般都很小，而对于电子封装用颗粒增强铜基复合材料而言，由于Cu本身的热膨胀系数较大，为了能够与Si、GaAs等芯片的基体相匹配，需要加入大量的低膨胀颗粒，才能得到热膨胀系数较低的电子封装材料。如在Mo/Cu复合材料中，Mo的质量分数为60%∼85%，其热膨胀系数在(6.27∼9.0)×10−6/K，热导率在150∼220W/(m·K)。在Mo/Cu复合材料出现前，人们对W/Cu电子材料的理论研究比较多，建立了各种各样的数学模型预测其热学性能。由于航空航天及军事领域对重量的要求，使得人们寻求一种密度更低的材料，Mo/Cu电子材料逐渐得到了人们的重视。与W/Cu相比，Mo/Cu的CTE值和TC值相差不大，但密度却比W/Cu低得多，这在航空航天领域有着明显的经济意义。与SiCp/Al相比，Mo/Cu复合材料密度较大，但是Mo/Cu复合材料具有一定的微波屏蔽功能，并且强度高、稳定可靠。Mo/Cu、W/Cu复合材料也存在着一些缺点：Cu-Mo和Cu-W之间不相溶或润湿性极差，而且二者的熔点相差很大，给材料制备带来了一些困难；同时制备的W/Cu及Mo/Cu复合材料气密性不好，致密度较低，影响其封装性能[5,6]。SiCp因其高强度、高模量、低的热膨胀系数和低成本被广泛用作一种颗粒增强体，用于制备颗粒增强铜基复合材料。吉元等人[7]采用热等静压的方法制备了SiCp/Cu复合材料，并指出在SiCp/Cu复合材料中，增强体的体积分数存在一个临界值(50%)。当SiC颗粒体积分数低于临界值时，Cu基体中SiC颗粒是孤立分布的，由连续的Cu基体提供一个畅通的导热通道。当SiC颗粒体积分数高于临界值后，基体合金被SiC颗粒切断，呈断续状，导致材料的导热率明显降低。Shu等人[8]研究了SiCp/Cu复合材料的热膨胀行为指出，在一定的温度下，复合材料的CTE值随着颗粒尺寸的增加而增大。这可能是因为大颗粒较容易在基体中聚集较大的应力，在随后的加热和冷却过程中会释放出来，这样会产生较大的应变，即较大的CTE值。钟涛兴等人[9]北京科技大学硕士研究生开题报告4也有类似的观点，他们认为，当SiCp体积分数一定时，颗粒的界面面积与应力成反比，颗粒的大小直接影响着应力的大小。为了获得较低的热膨胀系数，应选用粒度较小的颗粒。作者利用真空热压烧结方法结合化学镀铜工艺制备了SiCp体积分数为30%∼50%的SiCp/Cu复合材料，但当SiCp体积分数为30%时，SiCp/Cu复合材料的热导率达到236.2W/(m·K)[10]。2.1.2铜基复合材料的制备方法铜基复合材料的制备方法很多，如内氧化法、粉末冶金法、复合铸造法、机械合金化法、浸渍法、燃烧合成法、溅射成型法、原位形变法等，各有其优缺点。下面对主要的制备方法及其大致发展趋势进行叙述，以期对制备工艺进行优化或为开发新的制备方法提供参考。1）内氧化法内氧化法目前主要用于制备Cu/Al2O3复合材料。其工艺过程为：①将铜铝固溶合金熔体用氮气之类的高压气体雾化，制得粉末；②将得到的粉末与氧化剂(细小的氧化铜粉末)混合；③将混合粉加热到高温，使氧化铜分解，同时生成的氧扩散到铜铝固溶合金的颗粒中，与铝反应生成Al2O3(铝比铜更易生成氧化物)；④待铝完全被氧化后，在氢或分解氨气氛中将粉末加热，以还原粉末中过量的氧，最终制备出Cu/Al2O3复合材料。该工艺的缺点主要是反应过程中所需要的氧含量难以控制，而且生产成本昂贵[11]。2）粉末冶金法粉末冶金法的主要工艺过程为：制取复合粉末→复合粉末成型→复合粉末烧结[12]，主要用于制备颗粒弥散强化类材料，工艺成熟，材料性能也较好，但存在生产工艺复杂、生产效率低等不足。在烧结过程中，采用热等静压可得到较致密的材料，且材料的密度分布均匀，有利于提高材料的综合性能。尝试在粉末制备过程中使用不同的强化相也是粉末冶金制备工艺发展的一个方向。总之，粉末冶金法可以制备宽范围体积分数的复合材料，而且便于控制成分，但粉末冶金制品的致密度、工艺简化和成本问题是需要解决的问题。3）复合铸造法（半固态加工法）北京科技大学硕士研究生开题报告5复合铸造法是将增强相与铜基体一起熔化或边搅拌基体熔体边加入增强相，然后再剧烈搅拌熔体至半固态，注入铸型，制备铜基复合材料的方法[13]。这种方法可以在一定程度上解决增强相的偏析问题，而且生产工艺简单，适应复合材料大规模工业化生产，有一定的发展优势,但制备出的材料性能较低。用复合铸造法制备复合材料时，在搅拌过程中，由于剧烈地搅拌，会卷入大量的气体，在铸造过程中无法排除，在铸件中形成气孔，大大降低了材料的性能。为了尽量排除材料铸造过程中的气孔，采用真空铸造可以消除搅拌过程中的吸气，但增加了设备费用，增长了工艺流程。所以铸造过程中熔体的除气是复合铸造方法的一大难点。4）机械合金化法机械合金化是利用高能球磨机，按一定比例混合金属粉末和强化物质，反复研磨，使二者反复变形，粉碎和粘合而合金化和均匀化[14]。该