Si增强Al基复合材料研究现状.docx

Sip/Al复合材料的发展及研究现状自1958年世界上第一块集成电路问世以来,微电子技术的核心及代表—集成电路(ＩＣ)技术经历了飞速的发展。在微电子集成电路以及大功率整流器件中,因材料之间热膨胀系数的不匹配而引起的热应力以及散热性能不佳而导致的热疲劳成为微电子电路和器件的主要失效形式。30%左右的芯片计算能力受到封装材料的限制,解决该问题的重要手段就是进行合理的封装。此时封装对系统性能的影响已经变得与芯片同样的重要。常见的电子元器件裸露在外的仅仅是它们的封装外壳。电子封装就是把构成电子器件或集成电路的各种部件按规定的要求，实现合理布局、组装、键合、连接、与环境隔离和保护等操作工艺。电子封装应当实现防止水分、尘埃及有害气体对电子器件或集成电路的侵入，减少震动、防止外力损伤和稳定元件参数的目的。对电子元器件进行封装可以对内部结构起到保护、支撑的作用。除此之外，由于电子元件在工作的时候会把消耗的一部分电能转化成热量，这些热量如果不能及时散发就会导致器件的失效，所以封装材料在很大的程度上起到了散热器的作用。一些电子器件在特殊环境F工作时会与海水、酸雨、盐雾等等有腐蚀性的介质接触，这时外层的封装材料就会起到防腐蚀的作用。在有电磁辐射的环境下，封装材料还可以起到防止局部高压、射频信号和因发热而伤害临近的电子器件的作用。在运输以及使用过程中，封装材料对内部的电子元件起到了防止压力、震动、冲击和摩擦的作用。基于电子封装所起的以上作用，对应用于电子封装的材料就提出了以下的要求：(1)导热性能良好导热性能是封装基片材料所要考虑的主要性能。大规模集成电路(LSI)集成度、表面安装密度及半导体输出功率的不断提高，带来的主要问题之一就是电子元器件单位体积发热量显著增加。大规模集成电路允许工作温度范围为0～70℃，可靠使用温度范围为0～40℃，当半导体器件发热面温度由100℃升高到125℃时，故障将会增加5～6倍。电路高速运转而产生的热量甚至可以使电路温度达到400℃，如果封装基片不能及时散热，这将影响电子设备的寿命和运行状况。(2)热膨胀系数匹配封装基片材料与半导体器件是直接接触，二者应保持相匹配的热膨胀系数，以减小连接处因热膨胀不匹配而引起的应力。若二者热膨胀系数相差较大，电子器件工作时的快速热循环易引入热应力，从而导致封装材料失效。(3)高频特性良好高频特性良好，即低的介电常数和低的介质损耗。在高速传输信号的布线电路上，信号延迟时与基片材料介电常数平方根成正比。为满足用作高速传输速度器件的要求，封装基片材料的介电常数必须低。(4)机械强度高封装基片材料用于承载电子元器件及其相互的联线，因此应具有足够的机械强度，以避免由应力引起的变形失效，满足组装器件的要求。在航空方面，飞机起飞、导弹发射时，电子系统必须承受机械振动和温度变化，也要求材料必须有一定的机械强度。传统的电子封装材料如Kovar，Invar系列合金、陶瓷基复合材料、钼铜合金等已经越来越无法适应现代先进微波和集成电路技术的高速发展对封装的各项要求。许多研究人员都致力于研究和开发新的电子封装材料,新型的高硅铝合金电子封装复合材料显示了无可比拟的优异性能,希望其可以满足现代封装的要求。由表1可知,利用硅、铝单质配制的金属基复合材料其密度在2.3～2.7ｇ/ｃｍ3之间,ＣＴＥ在4.5～11×10-6/Ｋ之间,ＴＥ大于100Ｗ﹒ｍ-1﹒Ｋ-1,因此通过改变硅和铝的不同配比,可以获得不同性能的电子封装材料,而且硅和铝在地球上的含量十分的丰富,硅粉的制备工艺也十分成熟,价格低。所以硅铝合金电子封装复合材料有望成为一种应用前景广阔的电子封装材料,特别是在航天航空、空间技术和便携式电子器件等高技术领域。 表一 Si和Al的主要性能1 颗粒增强铝基复合材料的研究进展金属基复合材料（MMCs）具有耐高温、尺寸稳定性好、热膨胀系数小等优异的物理性能和力学性能。在金属基复合材料中，颗粒增强铝基复合材料具有优异的性能，例如具有耐磨性良好，高的比强度，高的比模量，具有良好的导热性能，并且具有较小的热膨胀系数。增强体的分布、界面、含量和特性状态，铝合金的种类对颗粒增强铝基复合材料的性能起着关键性作用。增强体相和基体相相连接的部分则为界面，界面作为纽带传递应力和其它信息。其作为重要的微结构，结构和性能直接影响着复合材料的性能。颗粒增强铝基复合材料因为有丰富的铝资源在世界范围内，而且具有很小的密度，较低的热膨胀系数，良好的导热性能，并且制备铝基复合材料只需要简单的设备、简单的工艺。因此与其它金属基复合材料相比，铝基复合材料的制备和生产更为简单,推广和应用更为容易. 因此颗粒增强铝基复合材料受到更广泛的重视，并且其会有更广泛的应用前景在各个领域。近些年来,生产颗粒增强铝基复合材料的公司在国外相继出现, 这些公司已形成了一定的生