AlSiC鋁基碳化硅是目前機(jī)加工領(lǐng)域中相對比較偏門的門類，這種材料和金屬及陶瓷都不相同。它既有著陶瓷的硬度，又有著金屬的韌性，因此在加工的時候要特別注意，要摸清材料的加工特性，才能做出比較好的產(chǎn)品。今天小編就來說說AlSiC的相關(guān)內(nèi)容，希望可以幫到大家。
一、鋁碳化硅及其在電子封裝中的應(yīng)用
1、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，堅固牢靠的封裝結(jié)構(gòu)，為芯片、HIC提 供一個高可靠穩(wěn)定的工作環(huán)境，具體材料性能是個首 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，相繼推動高硅鋁合金Si/Al實用化 進(jìn)程，表2示出其主要性能與常用封裝材料的對比。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。
2、封裝AlSiC類型
封裝金屬基復(fù)合材料的增強體有數(shù)種，SiC是其中應(yīng)用最為廣泛的一種，這是因為它具有優(yōu)良的熱性能，用作顆粒磨料技術(shù)成熟，價格相對較低；另一方 面，顆粒增強體材料具有各向同性，最有利于實現(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)，可對材料熱物理與力學(xué)性能進(jìn)行設(shè)計，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，實際應(yīng)用時，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)正在接受測試和評估。另外，還可并存集成48號合金、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。

3、封裝AlSiC制備
SiC顆粒與Al有良好的界面接合強度，復(fù)合后 的CTE隨SiC含量的變化可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 由此決定了產(chǎn)品的競爭力，相繼開發(fā)出多種制備方 法。用于封裝AlSiC的預(yù)制件的SiC顆粒大小多在1 um-80um范圍選擇，要求具有低密度、低CTE、 高彈性模量等特點，其熱導(dǎo)率因純度和制作制作方法 的差異在80W ( m . K ) -200W ( m . K )之間 變化?；w是強度的主要承載體，一般選用6061、 6063、2124、A356等高強度Al合金，與SiC按 一定比例和不同工藝結(jié)合成AlSiC，解決SiC與Al 潤濕性差，高SiC含量難于機(jī)加工成形等問題，成為 理想的封裝材料。
制備50vol% ~ 75vol% SiC高含量的封裝用AlSiC 多采用熔滲法，其實質(zhì)是粉末冶金法的延伸。它通 過先制備一定密度、強度的多孔基體預(yù)制件，再滲以 熔點比其低的金屬填充預(yù)制件，其理論基礎(chǔ)是在金屬 液潤濕多孔基體時，在毛細(xì)管力作用下，金屬液會沿 顆粒間隙流動填充多孔預(yù)制作孔隙，脫模無需機(jī)械加 工，在其表面上覆蓋有一層0.13mm?0.25nm厚的完 美Al合金層，按用途電鍍上Ni、Au、Cd、Ag, 供封裝用。
熔滲法是AlSiC制備的關(guān)鍵，一般分為有壓力滲 透和無壓力滲透，前者根據(jù)生產(chǎn)過程中壓力施加的大 小、方式的不同，又分為擠壓熔滲、氣壓壓力熔滲、離 心熔滲鑄造法等,主要特點是需要真空和高壓設(shè)備，滲 透時間較短，有效控制Al與SiC的界面反應(yīng)，同時與 精度的模具相配套，獲得實用性發(fā)展。后者是將Al合 金錠放置在SiC預(yù)制件上，在合金熔點以上保溫，Al 合金液依托毛細(xì)管力的作用自發(fā)滲入預(yù)制件中，所需 設(shè)備簡單，易于低成本制備，但產(chǎn)品的機(jī)械性能與熱 性能略低，對基體合金的成分有較為嚴(yán)格的要求，浸 透需要在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。粉末冶金法對SiC體積分?jǐn)?shù)可在15% ~ 75%之間調(diào)節(jié)，SiC承載量大，但較難 實現(xiàn)材料的一次成形。
AlSiC封裝材料產(chǎn)業(yè)化引起國內(nèi)科研院所大學(xué)等單位的廣泛重視，積極著手研發(fā)其凈成形工藝，部 分單位研制成功樣品，為AlSiC工業(yè)化生產(chǎn)積累經(jīng)驗, 離規(guī)?；a(chǎn)尚有一定距離，存在成本高、SiC體積含 量不高、低粘度、55% ~ 75%高體積分架料的制備與 漿粒原位固化技術(shù)等問題。
4、封裝AlSiC的應(yīng)用
IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與其設(shè)計、測試、流片、封裝等 各環(huán)節(jié)密切相聯(lián)，最終在市場應(yīng)用中體現(xiàn)價值認(rèn)同，良 性循環(huán)形成量產(chǎn)規(guī)模，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。封裝技術(shù)至關(guān) 重要，尤其是軍用產(chǎn)品一致采用金屬封裝、陶瓷封裝 結(jié)構(gòu)，確保器件、模塊、組件、系統(tǒng)的整體可靠性。金 屬封裝氣密性高，散熱性好，形狀可多樣化，有圓形、 菱形、扁平形、淺腔與深腔形等，其材料難以滿足當(dāng) 今航空航天、艦船、雷達(dá)、電子戰(zhàn)、精確打擊、天基和 海基系統(tǒng)對大功率、微波器件封裝的需求。按目前 VLSI電路功耗的同一方法計算，未來的SoC芯片將達(dá)到太陽表面溫度，現(xiàn)有的設(shè)計和封裝方法已不能滿 足功率SoC系統(tǒng)的需求。AlSiC恰好首先在這一領(lǐng)域 發(fā)揮作用，現(xiàn)以軍用為主，進(jìn)而推向其他市場。
以上就是本篇“鋁碳化硅及其在電子封裝中的應(yīng)用有哪些？”的全部內(nèi)容，想要了解更多，請持續(xù)關(guān)注本站。