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1、电子封装中的铝碳化硅及其应用（时间:2006-11-20 共有596 人次浏览） 信息来源:互联网1引言铝碳化硅AlSiC （有的文献英文所略语写为SiCp/AI或Al/SiC、SiC/AI）是一种颗粒增强金属基复合材料，采用A合金作基体，按设计要求，以一定形式、比例和分布状态，用SiC颗粒作增强体，构成 有明显界面的多组相复合材料，兼具单一金属不具备的综合优越性能。AlSiC研发较早，理论描述较为完善，有品种率先实现电子封装材料的规模产业化，满足半导体芯片集成度沿摩尔定律提高导致芯片发热量 急剧升高、使用寿命下降以及电子封装的轻薄微小的发展需求。尤其在航空航天、微波集成电路、功率模块、军用射
2、频系统芯片等封装分析作用极为凸现，成为封装材料应用幵发的重要趋势。2 封装 AlSiC 特性封装金属材料用作支撑和保护半导体芯片的金属底座与外壳，混合集成电路HIC的基片、底板、外壳，构成导热性能最好，总耗散功率提高到数十瓦，全气密封性，坚固牢靠的封装结构，为芯片、HIC提供个高可靠稳定的工作环境，具体材料性能是个首选关键问题。常用于封装的电子金属材料的主要特性如表1所示。i 10* K/ Wim-K)-1Si芯片4.1135ijCuAs5.839Al1327CM17.74008.96Mo5.0340L02ftlui叭-昭iKtHSE*5.914-17Invnr0.4IL8在长期使用中，许多封
3、装尺寸、外形都已经标准化、系统化，存在的主要缺陷是无法适应高性能芯片封装要求。例如,Kovar （种Fe-Go-Vi合金）和Invar （种Fe-Ni合金）的CTE低，与芯片材料相近, 但其K值差、密度高、刚度低，无法全面满足电子封装小型化、高密度、热量易散发的应用需求合金是由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素所组成的金属材料，具有其综合的优势性能。随之发展 的Mo80 Cu20、Cu/Invar/Cu、Cu/Mo/Cu等合金在热传导方面优于Kovar，但期比重大于Kovar，仍不适合用作航空航天所需轻质的器件封装材料。常用金属封装材料与CaAs的微波器件封装需求存在性能上的差距，使得
4、研发一种新型轻质金属封装材料，满足航空航天用器件封装成为急需，引发相关部门调试重视。经过近些年来的深入研究，AlSiC取得产业化进展，相继推动高硅铝合金Si/Al实用化进程，表2示出其主要性能与常用封装材料的对比。将SiC与A合金按一定比例和工艺结合成AlSiC后，可克服目前金属封装材料的不足，获得髙K值、低CTE、高强度、低密度导电性好的封装材料。W2 AlSiC与几种驚用封装材料比较HMM怜翼脹牴数CTE10 ftK g-crnr3AlSiC u&.82449.7Al：0$.717EkO2504.52003.2从产业化趋势看，AlSiC可实现低成本的、无须进一步加工的净成形（net-sha
5、pe）或需少量加工的近净成形制造，还能与高散热材料（金刚石、高热传导石墨等）的经济性并存集成，满足大批量倒装芯片 封装、微波电路模块、光电封装所需材料的热稳定性及散温度均匀性要求，同时也是大功率晶体管、绝缘栅双极晶体管的优选封装材料，提供良好的热循环及可靠性。3 封装AlSiC类型封装金属基复合材料的增强体有数种，SiC是其中应用最为广泛的一种，这是因为它具有优良的热性能，用作颗粒磨料技术成熟，价格相对较低；另一方面，颗粒增强体材料具有各向同性，最有利于实现净 成形。AlSiC特性主要取决于SiC的体积分数（含量）及分布和粒度大小，以及A合金成份。依据两相比例或复合材料的热处理状态，可对材料热
6、物理与力学性能进行设计，从而满足芯片封装多方面的性能要 求。其中，SiC体积分数尤为重要，实际应用时，AlSiC与芯片或陶瓷基体直接接触，要求CTE尽可能匹配，为此SiC体积百分数vol通常为50%-75%，表3示出某厂家产业化净成形AlSiC级别的详细情况。最3 AlSiC U料级别村料级别AISiC9AlSiC 10AlSiC 12iC ral%635537Al (A 356.2 )曲37斗,閃200200比热(J.gk ):230.740,7$o.soCTE ( 30-200 C )8.75IL5幣度（）3.01工张工的弹性摸最（Gpa）血167167切变财（Gpa）766769强墮4
7、Mpil 450471密坟性（帥-艸He ）iai1010230 17060 HO Ijn110110so0AESA由数以千计的T/R模块（有的高达9000个左右）构成，在每个T/R模块内部都有用GaAs技术制作的功率发射放大器、低噪声接受放大器、T/R开关、多功能增益/相位控制等电路芯片，最终生产 关键其封装技术上，因机载对其体积与重量的限制极为苛刻。AlSiC集低热胀、高导热、轻质于一体，采用AlSiC外壳封装T/R模块，包括S、C、X、Ku波段产品，可满足实用需求。雷达APG-77是一部典 型多功能、多工作方式雷达，其AESA直径约1m，用2000个T/R模块构成，每个T/R模块输出功率10W，移相器6位，接受噪声系数2.9dB，体积6.4cm3，重14.88g，平均故障间隔MTBF20万h， 其发射功率比初期产品增加16倍，接受噪声系数降低1倍，体积重量减少83%，成本下降82%。以1000个T/R模块构成机载AESA雷达为例，用AlSiC替代Kova
