电子封装用SiCp_Al复合材料开发可研报告.doc

电子封装用SiCp//Al复合材料开发与应用 可行性报告 一.项目的主要内容 铝碳化硅（AlSiC）电子封装材料是将金属的高导热性与陶瓷的低热膨胀性相结合，能满足多功能特性及设计要求，具有高导热、低膨胀、高刚度、低密度、低成本等综合优异性能的电子封装材料。在国际上，铝碳化硅属于微电子封装材料的第三代产品，是当今西方国家芯片封装的必威体育精装版型材料。自国际开发此类技术迄今十年多来，其应用范围从军工领域逐步向民用电子器材领域扩展，目前已占据整个电子封装材料市场近乎50%的使用覆盖面。由于此项技术产品具有重要的军工价值，被欧美国家视为导弹、火箭和卫星制造等方面的尖端基础材料，始终作为高度机密技术加以封锁，该产品早已是我国急需的军工和民用市场上的空白高技术产品。铝碳化硅（AlSiC）电子封装铝碳化硅（AlSiC）电子封装材料Al/SiCp 复合材料数据是本课题组所得数据。 表1电子封装应用SiCp/Al复合材料性能 材料 CTE(ppm/K) 热导率(W/mK) 密度(g/ cm3) W-Cu 合金 6.5-7.2 150-180 16.1-16.4 Al/SiCp 复合材料 8-12 120-160 2.0-3.5 KOVAR 合金 6.2-7.2 15-22 8.15-8.19 膨胀系数热导率是SiCp/Al复合材料作为电子封装应用的重要热物理性能，SiCp/Al复合材料中增强体颗粒体积分数是对其热物理性能影响最大的因素之一，一般认为随着SiC增强颗粒的体积分数增加，其热膨胀系数及热导率均会逐步下降。Hyo .S. Lee等人通过实验得出如下数据：当SiC的体积分数在50%时，其平均热膨胀系数为9.5010-6/K，平均热导率为177W/mK；当SiC的体积分数增加到71%时，其平均热膨胀系数降至6.3310-6/K，平均热导率也降至125W/mK。本课题组前期也对此做了一定的探讨，在SiC颗粒体积分数为55%时，在100℃测得复合材的热膨胀系数为9.2510-6/K。SiCp/Al复合材料基体成分变化对热物理性能也存在一定的影响，由于铝合金基体本身的热物理性能的不同，而形成的复合材料热物理性能也存在差异。例如Chihiro Kawai发现相同增强体体积分数的SiCp/Al复合材料，采用不同基体，一个试样采用纯铝基体，另一个试样采用含硅为11%的铝合金基体，最终测得其复合材料的热膨胀系数不同，基体中含11%硅的SiCp/Al复合材料热膨胀系数较小，但同时也发现含硅铝合金基体的SiCp/Al复合材料的热导率较高。 颗粒增强复合材料的制备工艺有粉末冶金法、压铸法或半固态凝固法、喷雾沉积法等，但这些方法中都不能制备高比例增强相复合材料。即使粉末冶金法，增强相最大比例也只能达40％，且都需要真空、高压、高温复杂设备，还需对增强颗粒进行预处理，即使这样，也难以制备形状复杂零件。近年来，美国Lanxide公司又开发了一种称为无压渗透的技术，无需特殊设备，不需对增强颗粒预处理，在普通加热炉中加热不超过1000℃，氮气保护下，可生产出高比例的铝基复合材料，可制备各种复杂形状构件。这是一种低成本生产颗粒增强复合材料方法。但有关该项技术的具体细节尚未公开报道。SiCp/Al电子封装复合材料已在美国获得实际应用。工程应用在二十世纪九十年代中期兴起，最早是美国休斯 公司为机载预警雷达的模块封装而开发。二十世纪九十年代末，又在F-22 战斗机、EA-6B“徘徊表”电子战斗机上大量使用。目前，SiCp/Al电子封装复合材料应用也有大的突破。本项目申请者从1993年开始在Lanxide公司的无压渗透法的基础上，开发出简便易行的在空气气氛中的无压渗透法，能成功的制备出SiC颗粒体积比例在55％～65％的电子封装用高比例颗粒增强铝基复合材料。并且对该法制备出SiCp/Al电子封装的复合材料相关膨胀系数热导率进行了相关研究。 三. 项目的目的、意义 随着信息技术高速的发展，当今电器部件中的芯片集成度越来越高，微电路的组装也越来越高，芯片的尺寸越来越大，功率也越来越大，散热要求也越来越高。铝、铜等传统封装金属尽管导热性能十分理想，但它们的热膨胀系数与Si\CaAs等芯片不同，因此陶瓷和电容介质材料存在高热错配力，同时芯片向大尺寸化不断发展，陶瓷基片也越来越薄，很容易引起芯片和陶瓷基片的炸裂或某些焊点、焊缝的开裂。以Kovar为代表的第一代封装合金解决了热膨胀系数与芯片及陶瓷基片的匹配问题，但导热率却很低（比Cu低20倍）。以W/Cu、Mo/Cu为代表的第二代封装合金，可以同时实现高导热与低膨胀，但它们的比重却很大（比纯铜还高），而且制造工艺复杂，成本高，因此大大制约了它们在轻量化要求中当代的使用。特别是限制了在航空航天电子系统只的大量使用。对当今搭载电子元器件数量急