电子封装用SiCp/Al复合材料及制备方法

论文导读：解决好热耗散是功率微电子封装的关键。该方法通常由SiC颗粒 预制件的制备和铝合金液的浇铸渗透两步组成。但是其制备工艺和装置决定了所制备的SiCp/Al复合材料产品形状尺寸的特殊性。
关键词：电子封装,SiCp/Al,浇铸渗透
1. 前言

SiC颗粒增强铝基复合材料因其具有广泛的、潜在的应用价值，是在目前非连续增强金属基复合材料中研究较多，较为成熟的复合材料。SiC颗粒增强铝基复合材料具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低热膨胀系数、低密度、高热导性、良好的尺寸稳定性和高微屈服强度等优异的力学和物理性能，被应用到汽车、航天、军事、电子和其他工业领域。从二十世纪八十年代初，世界各国开始竞相研究开发这种新型高性能材料。SiC颗粒增强铝基复合材料正受到越来越广泛的重视。

2. SiCp/Al复合材料在电子封装中的应用

随着电子装备的日益小型化、多功能化，LSI、VLSI不但集成度越来越高，而且基板上各类IC芯片的组装数及组装密度也越来越高(如MCM),也就是说，功率密度(输出功率／单位体积)越来越大。20世纪80年代末的功率密度为2．5W/cm 3 （40 W／in 3 )，而90年代己达6W／cm 3 (100 W／in 3 )以上。如何将产生的大量热量散发出去，这是电子装备在一定环境温度条件下能长期正常工作的保证，也是对电子装备的可靠性要求。在这类功率电路的电参数设计、结构设计及热设计三部分中，热设计显得更为重要。因为热耗散的好坏直接影响着电子装备的电性能和结构性能，甚至可引起重要电件能失效和结构的破坏。据统计，在电子产品失效中，由热引起的失效所占比重最大，为55％。由此可见，解决好热耗散是功率微电子封装的关键。
为从根本上改进产品的性能，全力研究和开发具有高热导及良好综合性能的新型封装材料显得尤为重要。热膨胀系数（CTE），导热系数(TC)和密度是发展现代电子封装材料所必须考虑的三大基本要素，只有能够充分兼顾这三项要求，并具有合理的封装工艺性能的材料才能适应电子封装技术发展趋势的要求。而SiC颗粒增强铝基复合材料则恰恰是既具有铝基体优良的导热性又可在相当广的范围内与多种材料的CTE相匹配的复合材料。 [1 ～ 2]
对表1中列出的芯片材料 Si、GaAs 以及各种封装材料的性能指标进行对比，不难看出，传统的材料如Al、Cu、Invar合金、Kovar 合金、W/Cu 合金、Mo/Cu 合金等 ,不能满足先进电子封装应用中低膨胀、高导热、低成本的严格要求。而Al 2 O 3 和BeO材料是广为使用的电子封装材料，但由于综合性能、环保、成本等因素，已难以满足功率微电子封装的要求。SiC颗粒增强铝基复合材料具有与Si、GaAs相匹配的热膨胀系数(CTE)以及强度高、重量轻、工艺实施性好、成本较低等特点。
因此，既具有优良的物理、机械性能，又具有容易加工、工艺简单、成本低廉、适应环保要求的新型微电子封装材料——SiC颗粒增强铝基复合材料——已能全面满足高密度电子封装技术的要求，成为最具有发展前景金属基复合材料。
表1 常用封装材料性能指标 [3]
 

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