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《電子封裝用金屬基復合材料的研究現(xiàn)狀》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、電子封裝用金屬基復合材料的研究現(xiàn)狀摘要：微電子技術的飛速發(fā)展也同時推動了新型封裝材料的研究和開發(fā)。本文綜述了電子封裝用金屬基復合材料的研究和發(fā)展狀況,并以A1/SiCp為重點,分析對比了目前國內(nèi)外的差距,提出了其未來的發(fā)展趨勢及方向。關鍵詞：電子封裝；金屬基復合材料；A1/SiCp中圖分類號:TN305?94文獻標識碼：A1引言半導體技術的發(fā)展日新月異。自1958年第一塊半導體集成電路問世以來,到目前為止，IC芯片集成度的發(fā)展仍基本遵循著著名的Moore定律［1］。芯片集成度的提高必然導致其發(fā)熱率的升高■使得
2、電路的工作溫度不斷上升■從而導致元件失效率的增大。與此同時，電子封裝也不斷向小型化，輕量化和高性能的方向發(fā)展，二十世紀九十年代以來.各種高密度封裝技術,如芯片尺寸封裝(CSP),多芯片組件(MCM)及單極集成組件(SLIM)等的不斷涌現(xiàn)［2］,進一步增大了系統(tǒng)單位體積的發(fā)熱率。為滿足上述IC和封裝技術的迅速發(fā)展，一方面要求對封裝的結(jié)構(gòu)進行合理的設計；同時，為從根本上改進產(chǎn)品的性能，全力研究和開發(fā)具有高熱導及良好綜合陛能的新型封裝材料顯得尤為重要。熱膨脹系數(shù)(CTE)■導熱系數(shù)仃C)和密度是發(fā)展現(xiàn)代電子封裝材料
3、所必須考慮的三大基本要素■只有能夠充分兼顧這三項要求，并具有合理的封裝工藝性能的材料才能適應半導體技術發(fā)展趨勢的要求。傳統(tǒng)的封裝材料很難同時兼顧對上述各種性能的要求，而金屬基復合材料(MMG則恰恰可以將金屬基體優(yōu)良的導熱性能和增強體材料低膨脹系數(shù)的特陛結(jié)合起來［3］,獲得既具有良好的導熱性又可在相當廣的范圍內(nèi)與多種不同材料的CTE相匹配的復合材料。因此,自上世紀九十年代以來■伴隨著各種高密度封裝技術的出現(xiàn),電子封裝用MMC也同時得到了大力的發(fā)展。1992年4月在美國SANDIEG0舉行的TMS年會上對作為電子
4、封裝用MMC進行了廣泛的討論［4］,一致認為封裝材料是MMC未來發(fā)展的重要方向之一。本文則綜述了近十余年來電子封裝用MMC的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其未來的發(fā)展方向。2電子封裝用MMC的研究現(xiàn)狀MMC由基體金屬的增強體兩部分構(gòu)成。目前電子封裝用MMC的基體仍以A1、Cu.Mg及工程中常用的鋁合金、銅合金及鎂合金為主，這主要是由其良好的導熱，導電及優(yōu)良的綜合力學性能所決定的。改變或調(diào)整基體成分將在以下兩個方面影響材料的性能,首先表現(xiàn)在對基體材料本身熱物性的影響,例如隨鋁中含硅量的升高,鋁合金本身的CTE也隨之降低,從而
5、更有利于獲得具有低CTE的復合材料⑸；其次則表現(xiàn)為對基體與增強體界面結(jié)合狀況的影響，如通過在Cu中加入適量的Fe將明顯提高基體Cu與作為增強體的碳纖維的界面結(jié)合強度,復合材料的CTE也因此得以降低問。通過熱處理工藝同樣也會改變基體與增強體的界面結(jié)合狀況,進而影響材料的熱性能。Reeves和Tumal等人［8］研究了熱處理對Ti/SiCp和Ti/TiB2p熱性能的影響。結(jié)果表明，對Ti/SiCp而言，高溫處理(950T)將使材料TC值下降。分析認為,這是由于熱處理增大了界面反應層的厚度,從而界面熱阻增大，導致熱
6、性能惡化。與Ti/SiCp相比,Ti/TiB2p在材料制備過程的界面反應較為輕微，因此Ti/TiB2p的導熱性能在熱處理的開始階段有所改善，但時間過長■也同樣對材料的熱性能不利。除以上討論的合金元素的加入，界面的結(jié)合狀況以外■其它，如殘余應力的大?。?］增強體的形狀,孔洞的存在等因素［1412］也會在一定程度上影響復合材料的熱性能。應當指出，通過深入研究上述諸因素對復合材料熱物性的影響，可優(yōu)化各工藝參數(shù)，并據(jù)此進一步改善材料的性能。也正是基于這個原因,人們?yōu)榇俗髁舜罅可钊肭壹氈碌墓ぷ?。但根?jù)復合材料性能的混合
7、法則■一旦基體金屬確定后，MMC的性能將主要由增強體本身的性能指標所決定。對于電子封裝用MMC而言,由于增強體的體積分數(shù)通常較高，其本身的性能對材料最終的性能的決定作用將更為突出。用作復合材料增強體的種類很多,根據(jù)形貌可分為長纖維、短纖維、晶須和顆粒四大類。作為電子封裝材料使用時，增強體的選擇應從以下幾個方面衡量：低的CTE和高的TC；與基體材料具有良好的相容性；密度小且成本低［13］。人們?yōu)榇艘策x擇了多種不同的復合材料體系,并作了大量的嘗試性研究。表［13,14］列出了幾種典型的復合體系的熱性能指標。為方便
8、比較，作為芯片用材料的Si和GaAs以及用作基片的A1203,BeO和A1N等陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)也同時列于表1中?？梢?，盡管Cu/W及Cu/Mo的CTE和TC值均較為理想，但密度過高。BeO作為復合材料的增強體,其綜合性明顯優(yōu)于其它材料■但遺憾的是,BeO是一種有毒物質(zhì)，其粉塵會對入體造成嚴重傷害,因此各國對BeO產(chǎn)品使用的限制也越來越嚴。金剛石的價格過高,難以實現(xiàn)大規(guī)模的應用。對TAI-SiCp體
