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1、《鋁加工》2007年第6期總第178期學術綜論新型高硅鋁合金電子封裝復合材料的研究進展徐高磊,李明茂(江西理工大學江西贛州341000)摘要:微電子集成技術的快速發(fā)展對封裝材料提出了更高的要求。具有低膨脹系數(shù)、輕質(zhì)化、較高導熱率的新型Al-Si復合材料受到了廣泛的重視。文章詳細介紹了高硅鋁合金電子封裝材料的性能特點、制備方法以及研究現(xiàn)狀,指出了高硅鋁合金電子封裝材料的發(fā)展方向。關鍵詞:Al-Si;合金;復合材料;電子封裝;熱導率;熱膨脹系數(shù)中圖分類號:TG146,TG13文獻標識碼:A文章編號:1005-4898(2007)06
2、-0010-04[3]自1958年世界上第一塊集成電路問世以來,表1常用電子封裝材料及主要性能指標微電子技術的核心及代表———集成電路(IC)技術ρCTETE材料-3-6-1-1/g·m/10·K/W(m﹒K)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。在微電子集成電路以及大功率整流器件中,因材料之間熱膨脹系數(shù)的不匹配而引Si213411150起的熱應力以及散熱性能不佳而導致的熱疲勞成為GaAs51351839微電子電路和器件的主要失效形式。30%左右的芯BeO219617-8250片計算能力受到封裝材料的限制,解決該問題的重AIN312631570～2
3、60要手段就是進行合理的封裝。此時封裝對系統(tǒng)性能[1]的影響已經(jīng)變得與芯片同樣的重要。Mo1012510140理想的電子封裝材料必須滿足以下幾個基本的W1913415174[2]要求:①熱膨脹系數(shù)(CTE)小,②高的導熱率Invar81111913(TE),③輕量化,④其他的封裝工藝性能。此外封裝材料還應該具備合理的剛度,易加工,易電Kovar81351916鍍,易焊接等特性。材料工作者對此進行了大量研W90Cu101710615160～10究,并取得一定成果。Mo90Cu101010710160`2001電子封裝材料研究和應用
4、概況材料顯示了無可比擬的優(yōu)異性能。希望其可以滿足現(xiàn)代封裝的要求。由表2可知,利用硅、鋁單質(zhì)配表1中列出了芯片材料GaAs、Si以及一些常3制的金屬基復合材料其密度在213～217g/cm之用電子封裝材料相關的主要性能,從表中可知,這-6間,CTE在415～11×10/K之間,TE大于100W﹒些傳統(tǒng)的封裝材料都存在著一些缺點,以至于無法m-1﹒K-1,因此通過改變硅和鋁的不同配比,可以滿足現(xiàn)代電子封裝要求。獲得不同性能的電子封裝材料,而且硅和鋁在地球近年來,許多研究人員都致力于研究和開發(fā)新上的含量十分的豐富,硅粉的制備工藝也十分
5、成的電子封裝材料,新型的高硅鋁合金電子封裝復合熟,價格低。所以高硅鋁合金電子封裝復合材料有收稿日期:2007-09-26作者簡介:徐高磊(1982～),男,河南舞陽人,在讀碩士研究生,從事新材料研究與開發(fā)?！?0·徐高磊,等:新型高硅鋁合金電子封裝復合材料的研究進展學術綜論望成為一種應用前景廣闊的電子封裝材料,特別是全滲透,制備時間長等缺點。在航天航空、空間技術和便攜式電子器件等高技術西北工業(yè)大學的研究人員用該法制備了高含量領域。的Al-Si復合材料。工藝為:將含有鎂的鋁合金基體放入事先制備好的硅顆粒預制件上,然后放入表2硅和鋁
6、的主要性能剛玉坩堝中,通入含有N2的可控氣體,加熱直到性能SiAl合金熔化自發(fā)滲入到預制件中,最后獲得了Al--3密度/g·cm2.32.7[6]60Si復合材料。楊氏模量G/Pa112.469213粉末冶金法-1比熱容/J(kg﹒k)0.7130.905粉末冶金法的主要工藝是使一定比例的鋁粉和-6-1熱膨脹系數(shù)/10·K4.123硅粉以及粘合劑均勻分散,通過干壓、注射等方法-1-1熱導率/W·m·K148237使粉末混合成型,最后在保護氣氛下燒結形成較為致密的材料。該法解決了硅顆粒與鋁基體潤濕性不2高硅鋁合金復合材料的制備方法
7、好,硅顆粒難以加入熔體的問題,并且材料可以一次成形,少切削加工,克服了金屬基復合材料難以高硅鋁合金復合材料制備方法主要有以下幾加工的缺點。但是這種方法工藝復雜,粉末容易氧種:①加壓浸滲法;②無壓浸滲法;③粉末冶金化,壓型不致密,而且硅的含量不能太高,一般認法;④真空熱壓法;⑤噴射沉積法。結合目前研究為要小于50%。的情況表明:高硅鋁合金復合材料的封裝性能主要日本住友電器公司用該法生產(chǎn)的Al-40Si材-6取決于其組織結構的致密性和均勻性,選擇合適的料的性能為CTE在25℃時為1310×10/K,TE3[7]制備方法是十分重要的。
8、為126W/m·K,密度為2153g/cm。蔡楊等人的211加壓浸滲法研究表明:一定配比的粉末、大壓制壓力、較高的加壓浸溶法是通過施加外力使鋁金屬溶體滲透燒結溫度、較長的燒結時間有利于獲得內(nèi)部組分分[8]到硅顆粒的預制體中,促進硅顆粒與液態(tài)鋁的潤布均勻、空隙率低
