鋁碳化硅復合材料在電子封裝上的應用

鋁碳化硅分子式為：AlSiC（SICP/Al或Al/SiC、SiC/Al），這是一種全新的復合材料，屬于顆粒增強金屬基復合材料。利用鋁合金作為基體，再以一定的比例和形態(tài)以及分布布局混合而成。其中碳化硅顆粒起到增強體的作用，形成具有界面明顯的多組相復合材料，彌補了單一金屬的特性單一問題，讓其具備更全面的物理特性。 
鋁碳化硅目前的普及率還不算高，目前主要的應用范圍主要集中在：微波集成電路、航空康體、功率模組等領域。鋁碳化硅材料內(nèi)部的配比并沒有完全一致的標準，可以根據(jù)實際情況來進行配比。目前硅含量 70wt% SiC體積占比 50%-75% AlSiC研發(fā)較早，理論基礎也相對完善，并且已經(jīng)率先在電子封裝領域實現(xiàn)了規(guī)模化量產(chǎn)。它的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)材料不能滿足半導體芯片集成度沿摩爾定律提高導致芯片發(fā)熱量急劇升高、使用壽命下降以及電子封裝的"輕薄微小"的瓶頸。未來鋁碳化硅勢必在電子封裝領域有著更為廣闊的舞臺。

鋁碳化硅封裝殼

封裝金屬基復合材料的增強體有數(shù)種，碳化硅是其中應用最為廣泛的一類。首先這主要是因其具有很優(yōu)異的熱性能，而且它用作顆粒磨料的技術也已經(jīng)非常成熟，同時價格也比較低廉。其次顆粒增強體材料具有各向同性，最有利于實現(xiàn)凈成形。鋁碳化硅的特性主要收碳化硅的含量、分布狀態(tài)和粒度尺寸以及鋁的含量。這些因素都是影響鋁碳化硅特性的重要因素。
依據(jù)兩相比例或復合材料的熱處理狀態(tài)，可對材料熱物理與力學性能進行設計，從而滿足芯片封裝多方面的性能要求。其中，SiC體積分數(shù)尤為重要，實際應用時，AlSiC與芯片或陶瓷基體直接接觸，要求CTE盡可能匹配，為此SiC體積百分數(shù)vol通常為50%-75%。　此外，AlSiC可將多種電子封裝材料并存集成，用作封裝整體化，發(fā)展其他功能及用途。研制成功將高性能、散熱快的Cu基封裝材料塊（Cu-金剛石、Cu-石墨、Cu-BeO等）嵌入SiC預制件中，通過金屬Al熔滲制作并存集成的封裝基片。在AlSiC并存集成過程中，可在最需要的部位設置這些昂貴的快速散熱材料，降低成本，擴大生產(chǎn)規(guī)模，嵌有快速散熱材料的AlSiC倒裝片系統(tǒng)正在接受測試和評估。另外，還可并存集成48號合金、Kovar和不銹鋼等材料，此類材料或插件、引線、密封環(huán)、基片等，在熔滲之前插入SiC預成型件內(nèi)，在AlSiC復合成形過程中，經(jīng)濟地完成并存集成，方便光電器件封裝的激光連接。　

采用噴射沉積技術，制備了內(nèi)部組織均勻、性能優(yōu)良、Si含量高達70wt%（重量百分率）的高硅鋁合金SiAl封裝材料，高硅鋁合金的CTE與Si、GaAs相匹配，也可用于射頻、微波電路的封裝及航空航天電子系統(tǒng)中，發(fā)展為一種輕質(zhì)金屬封裝材料。 鋁碳化硅（AlSiC）金屬基熱管理復合材料，是電子元器件專用封裝材料，主要是指將鋁與高體積分數(shù)的碳化硅復合成為低密度、高導熱率和低膨脹系數(shù)的封裝 材料，以解決電子電路的熱失效問題。
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