金属封装材料的现状及发展(下)
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:656
| （续） 2．2 al基复合材料 由于al的cte比cu还大，为使其cte与si、ge、gaas等半导体材料相近，常常不得不采用高体积分数的增强体与其复合，添加量甚至高达70％，但如果用作与玻璃相匹配的封装材料，添加量则可以少一些。铝基复合材料不仅具有比强度、比刚度高的特点，而且导热性能好、cte可调、密度较低。常用的增强体包括c、b、si、金刚石、碳化物(如sic、tic)、氮化物(如aln、si3n4)和氧化物(如al2o3、sio2)，基体合金则可为纯al，或6061、6063、2024等铝合金等。如用硼纤维增强的铝基复合材料，当硼含量为20％时，其x-y平面的cte为12．7×1o-6k-1，热导率为180w(m-1k-1)，密度为2．6g cm-3。 al／sic是一种在金属封装中口前国外得到广泛使用的铝基复合材料，它山30％-70％的sic颗粒和铝或铝合金组成。它的cte可通过改变组分的百分含量进行调节，低sic含量的al／sic复合材料可以冲裁。随着sic含量的增加，其cte将从铝的23．2×10-6k-1逐渐下降。小于铝的热导率为237w(m-1k-1)，sic的热导率为110w(m-1k-1)，因此sic含量的改变对材料热导率影响不大，含有70％sic的al／sic材料其热导率仍高达170w(m-1k-1)，而cte大约为7×10-6k-1左右，可以获得良好的热匹配，使得与芯片或基板的结合处应力最小，同时提供厂比可伐合金高山10倍导热能力，因而不需要使用散热片。山于铝和sic的密度都很小，因而al／sic材料的密度也很小，70％sic的al／sic材料的密度仅为2．79g cm-3。这些性能使它成为满足气密封装需要的理想材料，它特别适合于空间应用。例如一个目前正在运行的军事卫星用于微波封装的可伐介金重量超过了23kg，若用a1／sic代替，重量至少节约13kg以上，即大约60％。al／sic的制备工艺比较成熟，同时町以在其上镀au、ni等，很容易实现封装材料的焊接[6-11]。法国egide xeram公司研制生产了一系列al／sic气密性封装外壳，最大外形尺寸达220mm×220mm，已在军用机载电子设备十微波mcm上获得应用。图2为al／sic材料在leo商业通信卫星微波／射频封装上的应用实例。olin aegis公司使用al／sic复合材料制造的气密封装产品(图3)，能够满足军事和航天规范的全部要求。该公司专利的电镀技术可以使外壳经受400℃工作温度而不会发生镀层起泡和剥落现象。 国外已有多家公司生产al／sic复合材料。如advanced forming technology(aft)公司、polese公司、ametek specialty metal products公司等。美国thermal transfer composites(ttc)公司是利用primex(mcx-693-mcx-947)和primex cast (mcx-1195-mcx-1605)两种技术生产al／sic复合材料。ceramics process systems(cps)公司使用al／sic复合材料制造微处理器盖板和散热片有三个牌号的，分别为cps alsic-9，a1sic-10和aisic-12，cte(20-150℃)分别为9×10-6k-1、10×10-6k-1、12×10-6k-1。此外，该公司也用其制造功率基板、绝缘栅双极晶体管(igbt)底座、微波外壳和载体板。这些公司生产的al／sic复合材料的数据如表7所示。 al／sic复合材料也存在一些弱点，主要是山于含有大量硬度极高的sic，难于加工，尽管采用丁净成形技术，但也只在大批量生产上才合算。此外，需要在表层都是al时才能可靠地电镀和钎焊。因此需要开发一种新的加工、电镀和钎焊性能更好的金属封装材料。al／si介金就是这样一种材料，虽然用于封装的含si40％的al／si合金多年前就已商品化，但直到最近几年，山于喷射成型技术的发展，才使得具有更高si含量的al／si合金制造成功。英国osprey金属公司开发了一系列称之为可控膨胀(ce)介金的al／si合金，顾名思义，可控膨胀合金可以通过改变al(23．6×10-6k-1)与si(2．2×10-6-4．3×10-6k-1)相对比例得到二者间任何的cte值。图4表示出20℃的cte随合金里si含量的变化。表8列出了osprey的主要ce合金成分及其性能。 al／si合金具有非常好的性能，重量比纯al轻15％，是呵伐重量的1／3，是cu／w重量的1／6。cte随温度的变化不大，从-50℃—300℃变化
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