电子封装铝基复合材料线膨胀研究.pdf

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1、电子封装铝基复合材料线膨胀研究喻学斌张国定金燕萍吴人洁上海交通大学复合材料研究所文摘本文述了电子封 装铝基复合材料的制 备过程。试出铝 基复合材料线膨胀 系数。发现经不同冷 却处理或者浏试不同的方向,其线膨胀都不一样,根据 残余应力 和择优取向理论 解释了这种现象。,关键词电子封 装,铝基复合材料仁,明,线膨胀 来数前言随 着计算 机、航空电子、军事通讯等方面的迅速发展,传统的电子封装材料已经满足不 了这些领域进一步发展的需要、。铝 基复合材料可保持铝 基体的导热性能好和密度低的长处,更重要的是可以通过选择增强体、改变增强体体积分数和排布方式等手段 实现复合材料的线膨胀系数的设计,以满足铝基复

2、合材料用作 电子封装 时,需线膨胀系数小川且保持排 布面内线膨胀各向同性的要求。铝基复 合材料用作 电子封装具有广 阔的应用前景,研究其线膨胀具有重大的现 实意义。材料制备我们采用真空 压力渗透铸造法制 备铝基复合材料,原材料见表。预制件考虑到二一面内需线膨胀 系数低且各向同性的要求,我们采用 了三种方法制宇航材料工艺年第期作复合材料预制件。预制件制作成形剂表原材料材料基体。短纤维长纤维丁主要成分密度一尺寸拜五一混匀加压成形干燥长纤维预制件制作长纤维正交对称排布加压成形干燥短纤维预制件制作 剪成一一短纤维一加 入成形剂一混 匀加 压成形干燥。真空压力渗透铸造预制件装入模子中密封放入铸造一一炉铸

3、造。金相组织这种方法制成的复合材料,增强体体积分数高,增强体在基体 中分布均匀,气孔等缺陷少。,和 短纤维增强的复合材料,因压制过,增强体会趋向于压制面内排布。实验实验设备采用美国公司生产的型热机械检测仪,测试过程、数据采集、数据处理由计算机完成、二测试参数的选择升温速率,探头 压力,冷却速率。试样制备线切割 成的测试样品,取样情况 见图。万万万,了了沮度图线膨胀曲线习、月七,之加压方向加压方向一度声了一夕,了二图短纤维线膨胀 曲线,之图取样情况一正交对称排布试徉一短纤维和复合材料试样。习、厂厂厂厂厂厂。兮。了。汀汀一一户户退度实验结果及讨论实验结果实验结果如图所示。讨论从 图和表可以看出复合

4、材料的向和一刃面内的线膨胀系数有些差别。原因是压制,预制件时,颗粒在外力作用下发生一定的择优取向,这个现象从图的金相照片可以看到。所一一图短纤维线膨胀曲线以复合材料的压向和 压 面 内线膨胀系数会产生一定的差异。从图、图和表可以发现短纤维组成的复合材料向和一面 内线膨胀系数差别更加明显,并且这种差别因增强纤维种类和体积分类不同而不同,其中,宇航材料工艺年第期一声户丁“夕。一劝八一,自,一公户,闷,、比甲,闷勺一度图不同冷却处理后线膨曲线一水冷沼一水冷沼一护冷。表和短纤维线序胀系教材材料料方向向沮度反反向向货 劣劣一甲甲内内内内内内内内短短向向望髯髯替尝尝 替考考刀一内内内内内内内内内内内内内内

5、甲甲短向向盗 警警火 瞥瞥子护护内内内内内内内内表,一夕面内线序胀系数甲一处处理理沮度状状态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态、水水淬淬退退火火大,小。产生 短纤维增强的复合材料向与一面 内的线膨胀差异 的原因是制作增强体预制件时,施加 了较大 的压力,使短纤维轴向取向平行于一刃面排布。宇航材料工艺年第期自然表现 出一面 内线膨 胀系数小,方向的线膨胀系数大。因为弹性模量高,弹性模量低,预制件压制时,预制件容易被压缩,预制件难压缩。这样轴向趋向平行于一面排布程度高,增强体的体积分数也高。同理,轴向趋向平行于一面排布程度较低,增强体的体积分数也小。从表、图可以发现

6、试样处理状态不同,正交对称排布的碳纤维增强铝基复合材料一面 内的线膨胀系数也不一样。原因是处理状态不同,试样内部的残余应力大小世就不一样。复合材料的线膨胀系数降低,实际上是纤维和基体之间相互抑制的结果,这种抑制是通过内应力的产生和传递来实现的。试样经高温水淬后,因纤维轴向膨胀系数小,冷到室温时基体所受残余应力为拉应力,纤维上是受压应力,且此时残余应力 最大。当试样 由低温升向高温时,因膨胀系数不 同,温度变化使基体受压应力,纤维轴 向受拉应力,这种应力状态同残余应力状态刚好相反。相互抵消的结果使得试样更容易膨胀,也就是说此种处理状态下的线膨胀系数更大。当第二次升温时,由于内部残余应力变小,试样

7、线膨胀变得较困难一点,结果,线膨胀系数要比第一次升温的线膨胀系数小一点。试样完全退火处理后,其内部残余应力很小。当试样 由低温升 向高温时,不存在状态刚好相反的残余应力抵消来自于因基体和纤维膨胀 系数不同而产生的应力纤维受拉应力,基体受压应力,所以该状态膨胀最困难,线膨胀系数最小。结论 真空压力渗透铸造可以制得在一刃面 内线膨胀系数低于一,并且线膨胀性能各向同性的、碳纤维增强铝基复合材料。符合做电子封装材料的要求。下转第页一一根据国家标准一表面粗糙度比较 样块铸造表面制造,共有 种规格,样块采用电铸法复制的金 属表面 阳模,根据合金材制裁的不同进行着色处理,使之能表征特定合金材质所生产铸件表面

8、 能 出现的色泽,消灭由于颜色而 产生的视觉 差。可广泛应 用于铸造行业。哈工 大黑色金属室温薄膜磷化工艺适 用于航空、航天、兵器、船舶、化工、机械等行业。该工艺主要 用于各种碳钢制件在涂覆喷漆、喷塑前的预处理它与中、高温磷化工艺相比具有明显特点除油具有弱碱到中碱及高效的优 点表面调整剂稳定性好,使用寿命长对基体适应性强,高、中、低碳钢均可磷化磷 化液 工作在左右,能显著节约能源、降低成本。槽液成分简单、维护方便,污水 易处理,沉渣 量小工艺匹配性 好,磷化后不经钝化可获得 良好效果。已达到 国家标准 的技术要求。膜层外观、膜厚、膜重、盐雾试验、冲击强度、附着力、柔韧性等指标均满足要求。航天总

9、公 司一院,精密数控电火花成型机床用于军 品、民品生产中的大 中型精密、复杂的模具加工。一型 机床国 内尚未见到,因此本成果填被了空白,取代进口,节省可观的外汇。该机床三轴数控、三轴联动,为国内三轴系统成型机的最大规格,传动元件为滚球照杠,流动元件采用直线滚动导轨。最高生产率为,最低电极损 耗 小于,最 佳 表面粗糙度 为 尺。拌。工作 台承重,工作台最 高运转速 度为。定 位精度士。航天总公司二院多功能金属处理液该处理液采用除锈剂、磷化剂、钝化剂、粗蚀剂及多种表面活性剂调配而成。在同一槽中可同时完成除油、除锈、磷化、钝化四道工序。本品工艺 简单、设备少、能耗 低、功效高。适 用于 民用电器、金属框、建筑门窗及各种车辆等薄壁冲压件外壳、各种钢管内外壁清洗及表面装饰前处理。经本品处理后的金属表面形成化学保护膜,具有较好的防腐性能,具有除锈、防锈双重功能。经济效益好。目前已在全国许多单位使用,推广应用前景广阔。航天总公 司三院以上由航天工业总公 司李连清供稿上接第页才、碳短纤维增强铝基复合材料的压向和压面 内的线膨胀系数不同。正交对称排布的碳纤维增强 铝 基复合材料一面 内线膨胀 系数大小同 内部应力状态关 系较大,要使线膨胀稳 定,事前必须进行完全退火处理。参考文献,一一宇航材料工艺年第期