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铝碳化硅复合材料应用

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铝碳化硅AlSiC
       是一种颗粒增强金属基复合材料,采用Al合金作基体,按设计要求,以一定形式、比例和分布状态,用SiC颗粒作增强体,构成有明显界面的多组相复合材料,兼具单一金属不具备的综合优越性能。 中文名 铝碳化硅 外文名 AlSiC 应用领域 航空航天,微波集成电路,功率模块 Si含量 70wt% SiC体积占比 50%-75% AlSiC研发较早,理论描述较为完善,有品种率先实现电子封装材料的规模产业化,满足半导体芯片集成度沿摩尔定律提高导致芯片发热量急剧升高、使用寿命下降以及电子封装的"轻薄微小"的发展需求。尤其在航空航天、微波集成电路、功率模块、军用射频系统芯片等封装分析作用极为凸现,成为封装材料应用开发的重要趋势。
    封装金属基复合材料的增强体有数种,SiC是其中应用最为广泛的一种,这是因为它具有优良的热性能,用作颗粒磨料技术成熟,价格相对较低;另一方面,颗粒增强体材料具有各向同性,最有利于实现净成形。AlSiC特性主要取决于SiC的体积分数(含量)及分布和粒度大小,以及Al合金成份。依据两相比例或复合材料的热处理状态,可对材料热物理与力学性能进行设计,从而满足芯片封装多方面的性能要求。其中,SiC体积分数尤为重要,实际应用时,AlSiC与芯片或陶瓷基体直接接触,要求CTE尽可能匹配,为此SiC体积百分数vol通常为50%-75%。 此外,AlSiC可将多种电子封装材料并存集成,用作封装整体化,发展其他功能及用途。研制成功将高性能、散热快的Cu基封装材料块(Cu-金刚石、Cu-石墨、Cu-BeO等)嵌入SiC预制件中,通过金属Al熔渗制作并存集成的封装基片。在AlSiC并存集成过程中,可在最需要的部位设置这些昂贵的快速散热材料,降低成本,扩大生产规模,嵌有快速散热材料的AlSiC倒装片系统正在接受测试和评估。另外,还可并存集成48号合金、Kovar和不锈钢等材料,此类材料或插件、引线、密封环、基片等,在熔渗之前插入SiC预成型件内,在AlSiC复合成形过程中,经济地完成并存集成,方便光电器件封装的激光连接。 采用喷射沉积技术,制备了内部组织均匀、性能优良、Si含量高达70wt%(重量百分率)的高硅铝合金SiAl封装材料,高硅铝合金的CTE与Si、GaAs相匹配,也可用于射频、微波电路的封装及航空航天电子系统中,发展为一种轻质金属封装材料。
        铝碳化硅(AlSiC)金属基热管理复合材料,是电子元器件专用封装材料,主要是指将铝与高体积分数的碳化硅复合成为低密度、高导热率和低膨胀系数的封装 材料,以解决电子电路的热失效问题。 AlSiC的性能特点
  ■ AlSiC具有高导热率(180~240W/mK)和可调的热膨胀系数(6.5~9.5×10-6/K),因此一方面AlSiC的热膨胀系数与半导体芯片 和陶瓷基片实现良好的匹配,能够防止疲劳失效的产生,甚至可以将功率芯片直接安装到AlSiC基板上;另一方面AlSiC的热导率是可伐合金的十倍,芯片 产生的热量可以及时散发。这样,整个元器件的可靠性和稳定性大大提高。
  ■ AlSiC是复合材料,其热膨胀系数等性能可通过改变其组成而加以调整,因此产品可按用户的具体要求而灵活地设计,能够真正地做到量体裁衣,这是传统的金 属材料或陶瓷材料无法作到的。
  ■ AlSiC的密度与铝相当,比铜和Kovar轻得多,还不到Cu/W的五分之一,特别适合于便携式器件、航空航天和其他对重量敏感领域的应用。   ■ AlSiC的比刚度(刚度除以密度)是所有电子材料中最高的:是铝的3倍,是W-Cu和Kovar的5倍,是铜的25倍,另外AlSiC的抗震性比陶瓷好,因此是恶劣环境(震动较大,如航天、汽车等领域)下的首选材料。
  ■ AlSiC可以大批量加工,但加工的工艺取决于碳化硅的含量,可以用电火花、金刚石、激光等加工。
  ■ AlSiC可以镀镍、金、锡等,表面也可以进行阳极氧化处理。
  ■ 金属化的陶瓷基片可以钎焊到镀好的AlSiC基板上,用粘结剂、树脂可以将印制电路板芯与AlSiC粘合。
  ■ AlSiC本身具有较好的气密性。但是,与金属或陶瓷封装后的气密性取决于合适的镀层和焊接。
  ■ AlSiC的物理性能及力学性能都是各向同性的。 使用AlSiC材料的意义
   ■ 可以使集成电路的封装性能大幅提高,使用铝碳化硅材料进行电子封装,使封装体与芯片的受热膨胀相一致,并起到良好的导热功能,解决了电路的热失效问题;
   ■ 批量使用AlSiC材料,可以降低封装成本。本公司对于长期和大批量的订货实行特别优惠,比目前使用W-Cu、Mo等贵金属材料价格要便宜得多;
  ■ 有效改良我国航天、军事、微波和其他功率微电子领域封装技术水平,提高功能,降低成本,加快我国航天和军工产品的先进化。例如,过去以可伐(Kovar) 材料作为器件封装外壳的地方,如果换作铝碳化硅外壳,重量就可减少为原来的三分之一,而导热性能则增加为原来的十倍。
  ■ AlSiC封装材料的开发成功,标志着中国企业不再是在封装领域内一个单纯的蓝领和加工者的角色,而是已经有了自己的具备独立技术内核的封装领先产品,填 补了国内空白,在封装领域内是一项巨大的技术进步;使用西安创正新材料有限公司生产的AlSiC,就是支持民族工业,为相关领域的国产化做贡献。      
        ■ 优优越的性能使AlSiC比W-Cu、Mo、BeO、Kovar、Mo-Cu、AlN、AlSi、Al2O3等现用封装材料具有更广阔的越的性能使AlSiC比W-Cu、Mo、BeO、Kovar、Mo-Cu、AlN、AlSi、Al2O3等现用封装材料具有更广阔的使用空间
         AlSiC材料的性能      AlSiC7牌号密度3.0±0.05 g/cm3 ;       抗弯强度400MPa          体积分数:70±3%热导:≥180W/Mk,20℃)    比热:0.75J/gk,20℃电阻率:   2.1 x10-5 W·cm线膨胀系数8.0±0.5x10-6(50-150℃) AlSiC
         材料的应用         大功率率IGBT 散热基板;LED封装照明;航空航天;微电子;壳体封装;民用飞机、高铁等领域

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