封裝AlSiC特性有哪些？
一、封裝AlSiC特性
封裝金屬材料用作支撐和保護(hù)半導(dǎo)體芯片的金屬 底座與外殼，混合集成電路HIC的基片、底板、外 殼，構(gòu)成導(dǎo)熱性能最好，總耗散功率提高到數(shù)十瓦, 全氣密封性，堅(jiān)固牢靠的封裝結(jié)構(gòu)，為芯片、HIC提 供一個(gè)高可靠穩(wěn)定的工作環(huán)境，具體材料性能是個(gè)首 選關(guān)鍵問題。常用于封裝的電子金屬材料的主要特性 如表1所示。
在長期使用中，許多封裝尺寸、外形都已標(biāo)準(zhǔn) 化、系列化，存在的主要缺陷是無法適應(yīng)高性能芯片 封裝要求。例如，Kovar ( 一種Fe-Co-Vi合金)和Invar (一種Fe-Ni合金）的CTE低，與芯片材料相近， 但其K值差、密度高、剛度低，無法全面滿足電子 封裝小型化、高密度、熱量易散發(fā)的應(yīng)用需求。合金 是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素 所組成的金屬材料，具有其綜合的優(yōu)勢性能。隨之發(fā) 展的 M080 Cu20、Cu/ Invar/Cu、Cu/ Mo/Cu 等合金 在熱傳導(dǎo)方面優(yōu)于Kovar，但其比重大于Kovar，仍不適合用作航空航天所需輕質(zhì)的器件封裝材料。
常用金屬封裝材料與CaAs芯片的微波器件封裝 需求存在性能上的差距，使得研發(fā)一種新型輕質(zhì)金屬 封裝材料,滿足航空航天用器件封裝成為急需，引發(fā) 相關(guān)部門調(diào)試重視。經(jīng)過近些年來的深入研究，AlSiC 取得產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，相繼推動(dòng)高硅鋁合金Si/Al實(shí)用化 進(jìn)程，表2示出其主要性能與常用封裝材料的對(duì)比。將SiC與Al合金按一定比例和工藝結(jié)合成AlSiC后，可克服目前金屬封裝材料的不足，獲得高K值、低 CTE、高強(qiáng)度、低密度導(dǎo)電性好的封裝材料。
從產(chǎn)業(yè)化趨勢看，AlSiC可實(shí)現(xiàn)低成本的、無需進(jìn)一步加工的凈成形(net-shape )或需少量加工的近凈成形制造，還能與高散熱材料（金剛石、高熱傳導(dǎo)石墨等）的經(jīng)濟(jì)性并存集成，滿足大批量倒裝芯片封 裝、微波電路模塊、光電封裝所需材料的熱穩(wěn)定性及散溫度均勻性要求，同時(shí)也是大功率晶體管、絕緣柵雙極晶體管的優(yōu)選封裝材料，提供良好的熱循環(huán)及可靠性。
封裝金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體有數(shù)種，SiC是其中應(yīng)用最為廣泛的一種，這是因?yàn)樗哂袃?yōu)良的熱性能，用作顆粒磨料技術(shù)成熟，價(jià)格相對(duì)較低；另一方 面，顆粒增強(qiáng)體材料具有各向同性，最有利于實(shí)現(xiàn)凈 成形。AlSiC特性主要取決于SiC的體積分?jǐn)?shù)(含量) 及分布和粒度大小，以及Al合金成分。依據(jù)兩相比例或復(fù)合材料的熱處理狀態(tài)，可對(duì)材料熱物理與力學(xué)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而滿足芯片封裝多方面的性能要求。其中，SiC體積分?jǐn)?shù)尤為重要，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，AlSiC與 芯片或陶瓷基體直接接觸，要求CTE盡可能匹配，為 此SiC體積百分?jǐn)?shù)vol通常為50%?75%,表3示出某廠家產(chǎn)業(yè)化凈成形AlSiC級(jí)別的詳細(xì)情況。
此外，AlSiC可將多種電子封裝材料并存集成， 用作封裝整體化，發(fā)展其他功能及用途。研制成功將高性能、散熱快的Cu基封裝材料塊（Cu-金剛石、Cu-石墨、Cu-BeO等）嵌人SiC預(yù)制件中，通過金屬Al 熔滲制作并存集成的封裝基片。在AlSiC并存集成過程中，可在最需要的部位設(shè)置這些昂貴的快速散熱材料，降低成本，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，嵌有快速散熱材料的AlSiC倒裝片系統(tǒng)正在接受測試和評(píng)估。另外，還可并存集成48號(hào)合金、Kovar和不銹鋼等材料，此類材料或插件、引線、密封環(huán)、基片等，在熔滲之前插入SiC預(yù)成形件內(nèi)，在AlSiC復(fù)合成形過程中，經(jīng)濟(jì)地完成并存集成，方便光電器件封裝的激光連接。
采用噴射沉積技術(shù)，制備了內(nèi)部組織均勻、性能優(yōu)良、Si含量髙達(dá)70wt% (重量百分率）的高硅鋁合金SiAl封裝材料，高硅鋁合金CE牌號(hào)的性能如表4所示，由于其CTE與Si、GaAs較匹配，也可用于射頻、微波電路的封裝及航空航天電子系統(tǒng)中，發(fā) 展為一種輕質(zhì)金屬封裝材料。
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隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動(dòng)的新計(jì)算時(shí)代的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體器件的需求日益增長，同時(shí)也催生了市場對(duì)半導(dǎo)體材料的需求，半導(dǎo)體材料行業(yè)迎來快速發(fā)展的黃金期。在國家鼓勵(lì)半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化的政策導(dǎo)向下，本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進(jìn)中國半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)中國半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展。
數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模逐年增長，從2017年的76億美元增長至2020年的94億美元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017-2020年全球62座新投產(chǎn)的晶圓廠中有26座來自中國大陸，占比超過40%，成為增速最快的地區(qū)。伴隨著5G時(shí)代的來臨，汽車電動(dòng)化進(jìn)程拉動(dòng)IGBT規(guī)模增長。得益于對(duì)清潔能源高速增長的需求，IGBT市場規(guī)模將持續(xù)增長，IGBT市場在2020年的規(guī)模為54億美元，從2020年到2026年將以7.5%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，預(yù)計(jì)2026年市場規(guī)模為84億美元。新能源車應(yīng)用作為IGBT市場規(guī)模的重要增量，2020年市場規(guī)模為為5.09億美元，2020-2026年的復(fù)合年增長率為23%，預(yù)計(jì)2026年新能源車用IGBT市場規(guī)模為17億美元。
隨著5G、智慧物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，中國大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速與全面布局，正逐步驅(qū)使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從韓國、中國臺(tái)灣向中國大陸轉(zhuǎn)移。目前，我國已經(jīng)成為最大的半導(dǎo)體市場，并且繼續(xù)保持最快的增速，預(yù)計(jì)半導(dǎo)體市場增長將持續(xù)帶動(dòng)半導(dǎo)體材料行業(yè)快速發(fā)展。
