第三代半导体互连材料与低温烧结纳米铜材的研究进展

半导体材料是现代科技发展和产业革新的核心,随着高频、高压、高温、高功率等工况的日趋严峻及“双碳”目标的需要,以新型碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的第三代半导体材料逐步进入工业应用。半导体产业的贯通以及市场规模的快速扩大,导致摩尔定律正逐渐达到极限,先进封装互连将成为半导体行业关注的焦点。第三代半导体封装互连材料有高温焊料、瞬态液相键合材料、导电胶、低温烧结纳米Ag/Cu等几个发展方向,其中纳米Cu因其优异的导电导热性、低温烧结特性和良好的可加工性成为一种封装互连的新型方案,具有低成本、高可靠性和可扩展性,近年来从材料研究向产业链终端应用贯通的趋势非常明显。本文首先介绍了半导体材料的发展概况并总结了第三代半导体封装互连材料类别;然后结合近期研究成果进一步围绕纳米Cu低温烧结在封装互连等电子领域中的应用进行重点阐述,主要包括纳米铜粉的粒度、形貌、表面处理和烧结工艺对纳米铜烧结体导电性能和剪切性能的影响;最后总结了目前纳米铜在应用转化中面临的困境和亟待解决的难点,并展望了未来的发展方向,以期为低温烧结纳米铜领域的研究提供参考。

汽车发动机连接支架拓扑优化及增材制造研究

开展汽车发动机连接支架拓扑优化及增材制造研究,利用ANSYS Workbench软件中的Topology Optimization模块对汽车发动机空调压缩机连接支架进行拓扑优化,并开展增材制造工艺研究,完成拓扑优化件打印。打印件与铸件相比质量减小约43.8%,一阶共振频率提高约23%(提高到255 Hz),且优化后的支架结构力学性能显著优于原铸件的力学性能;同时进行增材制造铝合金件热处理方法研究,获得了较优的热处理方法。实现了汽车发动机关键零部件的拓扑优化增材制造一体化技术开发。

粉末冶金多孔铝的研究进展

粉末冶金多孔铝材料具有质轻、耐腐蚀、孔隙均匀可控、比表面积大、近净成形等优点,可用于含油轴承、过滤器、热管毛细芯、铝空气电池电极、金属电极集流体、吸能材料、催化剂载体等产品,在航空航天、电子、新能源等领域具有很大的应用潜力。由于铝活性较高,铝粉表面极易形成一层致密的氧化膜,阻碍烧结扩散的进行,严重影响粉末冶金多孔铝的性能。本文综述了烧结助剂和烧结工艺对粉末冶金多孔铝表面氧化膜破除机理的研究现状,重点介绍了压制烧结、松装烧结、放电等离子体烧结、浆料涂覆烧结法和非水基凝胶注模成形法等五种制备方法,探讨了粉末冶金多孔铝的研究方向,并对其发展趋势进行了展望,以期为粉末冶金多孔铝的发展提供借鉴。

电子浆料用微细金属粉体材料研究进展

电子浆料是电子信息行业的基础材料,广泛应用于航空、航天、电子信息、通信设备、汽车工业等诸多领域。随着电子信息快速化、高集成化的发展趋势,作为导电相的金属粉体材料要求具备高纯、形貌可控、无团聚、粒径可控且分布窄、氧含量低等特点。本文总结了电子浆料的主要用途,并对微细金属粉体材料的制备方法进行分析,提出了球形、片状微细金属粉体材料制备技术及应用的发展方向。

微纳米铜粉的液相还原法制备及抗氧化研究进展

以纳米和亚微米尺度为主的微纳米铜粉,因其具有高导电导热性、低的电化学迁移行为、强的可焊性以及低廉的价格和易得的原料,是现代军工、船舶、航天与尖端科技领域的重要功能材料。针对不同应用特性而对微纳米铜粉的形貌粒度和表面特性有着不同的要求,同时较小的粒度分布和较高的活性以及易氧化的特性对制备和存储提出了更高的要求。液相还原法利用氧化还原反应的机制,通过调控工艺条件可以针对性控制微纳米铜粉的粒径和形貌,并可在此基础上进行表面改性处理改善其抗氧化能力,以达到更好的应用特性。本文综述了液相还原过程中不同调控因素(还原剂、铜源、保护剂、溶剂、反应温度和pH)对微纳米铜粉形貌粒度及分散性的影响,进一步概括了微纳米铜粉抗氧化的3种处理方法(表面包覆、表面晶面重构和表面转化处理),简述了微纳米铜粉在化学催化、医疗抗菌、润滑摩擦和电子浆料等领域的应用现状,总结了微纳米铜粉的应用困境和发展方向,并对其发展前景进行展望,以期为液相还原法制备微纳米铜粉的发展提供借鉴。

电力电子器件用液冷针翅散热器的研究进展

随着大功率电力电子器件(如绝缘栅双极型晶体管,IGBT)轻量化、小型化和集成化的发展需求,其功率密度越来越大,导致其热流密度越来越高,亟需高效散热来满足其使用要求。传统空气冷却散热器结构简单、使用方便,但是散热能力较低,难以满足高热流密度的散热需求,目前主要采用液体冷却散热器,其中液冷针翅散热器是最常用的高效散热器。本文介绍了液冷针翅散热器的结构、液体工质、材料和制造等方面的研究进展,重点分析了液冷针翅散热器的流体通道结构、针翅结构对流动和传热性能的影响,并给出了液冷针翅散热器的发展建议。

高毛细效率纯铜毛细芯制备工艺研究

为了有效提升纯铜毛细芯的毛细效率和传热极限,利用粉末冶金方法制备高毛细效率毛细芯。以氧化亚铜粉末为铜源在不同温度还原制成铜粉,研究了还原温度对铜粉性能的影响。铜粉经模压、烧结制备出了毛细芯,研究了不同还原铜粉、生坯孔隙率、烧结温度等因素对毛细芯孔隙率、最大孔径和渗透率等多孔性能的影响,并观察了还原铜粉和毛细芯的表面显微形貌。结果表明,600~850℃还原温度区间内,随着还原温度提高,铜粉粒度增大,粒度分布宽化,松装密度随之增加;在相同烧结条件下,毛细芯烧结后的最大孔径相比生坯有所增大,毛细芯的最大孔径及孔隙率随着还原铜粉粒度增大和生坯孔隙率(40%~55%区间内)增加而增加,在孔隙率和最大孔径同步增大的耦合作用下渗透率相应增大;600~800℃区间内,提高烧结温度导致烧结毛细芯的最大孔径增大、渗透率增加而孔隙率减小;采用600℃还原所制备的<28μm铜粉在700℃烧结,获得最大孔径2.4μm,孔隙率51.5%,渗透率1.353×10^(-13)m^(2)的高毛细效率纯铜毛细芯。

中国铜基粉末产业发展现状及展望

中国是全球最大的铜基粉末生产国,技术上已经达到或超过其他发达国家。从铜基粉末产业现状、电解铜粉、雾化铜及铜合金粉末、扩散粘接预合金化粉末、铜铁复合粉及包覆粉末、超细铜基预合金粉末、超细及纳米铜粉、铜基增材制造8个方面,就铜基粉末产业技术、产品、应用和发展进行了综述,提出了铜基产业技术与装备、铜基粉末多元复合粉末、超细及纳米粉末、增材制造用球形粉末等制备技术与应用的发展方向。

钇含量对纳米Al_(2)O_(3)弥散强化铜摩擦磨损性能的影响

采用真空雾化和内氧化方法制备钇(Y)含量为0,1%和3%(质量分数)的纳米Al_(2)O_(3)弥散强化铜粉末,并通过放电等离子烧结(SPS)技术制备铜基复合材料。通过透射电镜(TEM)分析复合材料第二相尺寸为纳米级,元素组成为Al-Y-O化合物。利用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)观察分析复合材料磨损表面形貌,研究了Y含量对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,随着Y含量的增加,磨损率先减小后增大。Y添加量为1%时,形成的稀土氧化物尺寸细小仅为50 nm且弥散分布于基体中,有效强化基体提高了耐磨性,此时材料的耐磨性能最佳,磨损率为4.450×10^(-4)mm^(3)·m。Y含量增加至3%时,由于过量的稀土形成的复相稀土氧化物尺寸粗大且倾向于沿着晶界析出,在磨损过程中这些粗大的颗粒相成为应力集中源,在剪切应力作用下出现大量的微裂纹和颗粒剥离,导致材料耐磨性下降。稀土元素Y对铜基复合材料的改性作用表现为细化晶粒,改善了材料的微观组织结构,硬质颗粒弥散分布提高材料力学性能,又作为承载相提高材料耐磨性。