硅铝合金电子封装材料sit

要求。现在亟需解决的就是原有的电子封装材料不能满足封 装的要求。发掘新的封装材料体系及材料加工方法已经成了 迫在眉睫的事情。近些年，世界各国也都对新的电子封装复 合材料进行研究和开发，以期在能有新的材料能满足现在对 电子封装材料的种种要求。
近年来世界各国对铝基金属合金的关注和研究比较多，下
面我们就铝基硅复合材料的发展、研究现状及制备工
实验原料：
纯铝粉：尺寸30μm，产地河南远洋铝业有限公司，主要元素含量 Al99.97%、Fe0.0112%、Cu0.0045%、Si0.0121%、水份0.0068% 硅铝粉：硅含量75%的硅铝合金粉，尺寸45μm
主要设备：
60T液压机、自制真空气氛烧结炉包括（高频感应加热装置、热压 装置、真空控制装置） 金相所用设备为NEOPHAT金相显微镜、 FEISirion 200(10KV)场发射扫描电子显微镜、 Rigaku2D/MAX22550PC型X射线衍射仪
艺方法等进行详细阐述。
高硅Si-Al合金电子封装材料的概述
元素 Si Al
熔点/℃ 1410 660
比热容 J/kg· K 0.713 0.905
密度g/cm3 2.3 2.7
热膨胀系 ×10-6K 4.1 23.6
热导率 W/m· K 148 237
高硅Si-Al合金电子封装材料的概述
1.密度2.3-2.7g/cm3、CTE介于4.5-11×10-6/K之间TE>100W/m·k 2.高硅Al-Si合金电子封装材料中，高体积分数的硅基体保证了 其较低的热膨胀系数，从而很好的解决了与电子芯片相匹配的 问题，而合金内部连通分布的铝金属则保障了封装材料高的导 热散热性能，硅和铝单质两者的低密度同时保证了合金材料的 轻质性能 3.硅和铝在地球上的含量十分丰富，硅粉与铝粉单质的制备工 艺也相当成熟，成本比较低。 所以高硅铝合金电子封装材料有望成为一种应用前景广阔 的电子封装材料，特别是用于航空航天及便携式电子器件等高 科技领域。
电子封装材料概述
性能 低的CET 作用 能与半导体芯片材料相匹配，热膨 胀系数相近不会产生过大的热应力， 保护芯片 将半导体工作时产生的热量散发出 去，保护芯片，使芯片不因温度过 高而失效 抵御高温、高湿、辐射、腐蚀等有 害环境对电子器件的影响 支撑和保护芯片 利于加工成各种复杂的形状 减轻电子器件的重量，方便携带
模具放入真空气氛烧结炉内，打开真空泵，把炉腔抽成真空状态，然后通入氩气 ，如此循环几次，待彻底把炉内空气排净之后开始加热。烧结加热方法：在低温下 （400-500℃）加压（50-100MPa）且保温保压一段时间，升至烧结温度（700-900℃ ）保温，再降至400-500℃时进行保温保压，之后随炉冷却至室温。烧结过程是在自 制真空烧结炉中完成。
5.机加工
热等静压之后把烧结的试样加工成φ10×2-3mm的热导试样，5×5×50mm的热膨 胀试样，5×5×40mm的抗弯强度试样。
实验部分（三）
单组分Si-Al合金性能研究
图1 不同硅含量硅铝合金密度值
图2 不同硅含量硅铝合金热膨胀系数值
图3 不同硅含量硅铝合金热导率值
图4 不同硅含量硅铝合金抗弯强度值
电子封装材料概述
金属封装材料： 优点：机械强度较高、散热性能较好、对电磁有 一定的屏蔽功能 缺点：纯金属铝、银、金和铜的CTE较高钨、钼 和硅较易被侵蚀且焊接性能差 应用领域：应用范围较小
电子封装材料概述
伴随着IC集成度的提高和应用环境的变化，传统的单一质
的电子封装材料已经越来越不能适应先进电子器件对封装的
图5 不同硅含量硅铝合金硬度值
热等静压对硅铝性能的影响
经过热等静压后，硅铝合金各方面的性能均有所提高。下面我们对热等静压对各个性能 的影响逐一分析。 1.密度 从图1中可以看出，硅铝合金经过热等静压后密度都有提高，说明热等静压对消除颗粒 之间的孔隙还是很有帮助的，对于材料的致密化较为理想。 2.热膨胀系数 从图2中可以看出，热等静压后合金材料的热膨胀系数减小了。这主要是因为合金经过 热等静压后，材料内部的残余应力减少，且随着合金密度的增加，合金材料内部孔洞、孔 隙的减少，硅铝界面的结合的改善。所以经过热等静压后的合金材料热膨胀系数减小。 3.热导 从图3中可以看出，硅铝合金经过热等静压后热导率有所提高。热导率的高低与材料内 部的孔隙、缺陷有很大的关系。有孔隙的存在必然会造成热传导的空挡，使传导受阻，导 致热导率偏低。解决这个问题最好的办法就是把材料的致密度变高。 4.抗弯强度、硬度 从图4中可以清楚的看到，经过热等静压后的材料抗弯强度有明显提高，主要原因应跟 合金材料密度的提高有很大关系。材料内部缺陷越多，材料的力学性能就越差。热等静压 使得材料致密度升高，从而减少材料内部孔隙，集中应力和一些微应力也同时消除，使抗 弯强度提高。 从图5中也能清楚的看到，热等静压后合金材料的硬度有所提高，这主要 是因为经过高温高压后材料内部的孔隙减少，从而材料的致密度增加，这样也使其硬度有 所增高。
理论计算材料配比（质量比）
混料
装料压坯 烧结 热等静压 机加工 性能测试
1.混料
按照比例称量两种粉末，然后将两种粉装入塑料容器内，将装有混合粉末的容器放在V 型混料机上旋将混合均匀后的粉末装入特种钢模具中进行预压制，模具表面上涂有氮化硼酒精 溶液。此过程 在60T双柱油压机上完成。
致谢
衷心感谢杨石强老师的悉心指导 和在实验中给予的帮助，感谢学校 的创新实验基金的资助！
梯度Si-Al合金电子封装材料的概述
硅铝合金作为一种新型封装材料，由于其密度小,热膨胀 系数低,热传导性好，容易加工成所需形状，可以电镀，同时能 够满足航空航天设备和移动、计算通讯设备轻量化的要求。此 外，该材料具有足够的强度和刚度，能够用传统工艺方法进行 机械加工和涂镀，因此具有广阔的应用前景。但硅铝合金中存 在一个矛盾，即随着硅含量的增加热导率增加，热膨胀系数减 小，但由于硅含量的增加机械加工的难度相对增大，比较难进 行焊接。单一组分的硅铝合金已不能满足一些特殊电子封装的 需要，亟需研究一种具有高热导且易机加工的材料，这就要求 在同一封装材料中存在组分的变化，且各个组分材料又保持着 各自组分的特性。
快冷铸造成型制备Si~Al合金电子封装材料
组长 刘明 组员 叶伦 陶冠官 陆登月 陈小顺 李德超
报告内容
一.概述
1.电子封装材料的概述 2.高硅Si-Al合金电子封装材料的概述
二.实验部分
1.单一组份Si-Al性能探讨
（以50%Si-Al为例说明问题）
三.实验成果
电子封装材料概述
二十一世纪科学技术的发展，尤其突出的表现 就是电子科学技术的发展。随着电子元器件朝着尺 寸更小、质量更轻、运算速度更快的方向发展，对 电子封装材料也相应地提出了更高的要求。据文献 报道[1]随着集成电路集成度的增加，芯片发热量成 指数关系上升，从而使芯片的寿命降低，芯片温度 每升高10℃，GaAs或Si半导体芯片寿命就会缩短三 倍。这主要是因为在微电子集成电路及大功率整流 器件中，材料间散热性能不好而导致的。解决这个 问题最重要的手段就是使用具有更好性能的新的封 装材料并且改进原有的封装工艺。
实验结果
Si-Al合金： 1.硅含量对硅铝合金性能有着非常重要的影响，在热学性能方面 ，硅含量增大，硅铝合金的密度变小、热膨胀系数变小、热导率增 加；力学性能方面，硅含量增加，硅铝合金的抗弯强度逐渐变小， 硬度则是逐渐变大。 2.Si-Al合金经过热等静压后密度有所提高，而热等静压对硅铝合 金性能的影响主要是通过提升材料的致密度来实现的。密度的提高 ，使材料的热膨胀系数、热学性能提高；与此同时材料的抗弯强度 与硬度也有不同程度热导率等的提高。 3.50%Si-Al合金的最佳烧结工艺：烧结温度800℃、热压压力 100MPa、烧结时间2小时。经过热等静压后材料的相对密度达到99% ，，抗弯强度223MPa，硬度153HB。
高的TE
良好的气密性 高的强度和刚度 良好的机加工性能 轻质
电子封装材料概述
电子系统封装主要包括三方面的技术：
1.电学方面：晶体管之间的信号传输及各个部件的电力分 配 2.材料方面：信号和电力分配方面正确使用材料，电力分 配时需高电导率，器件散热时需高热导 3.机械方面：不同性质不同材料的使用必然会在界面中引 起热应力。
4.热等静压
烧结体在等静压高压容器内，同一时间受高温和高压的联合作用，强化压制与 烧结过程，改善了烧结体的晶粒结构，消除材料内部颗粒间的缺陷和孔隙，能很 好的提高材料的致密度和强度。热等静压法是消除烧结体内部残存微量孔隙和提 高烧结体相对密度的有效方法。据文献报道，热等静压工艺为压力180MPa、温度 520℃的条件下保温保压4个小时下效果最好。本实验也采取此工艺。
工艺选择的概述
迄今，Si-Al合金的制造方法归纳起来主要有下几 种：
1.粉末冶金法；2.熔渗法；3.喷施沉积 法 ；4.真空热压法；5.熔铸法
结合目前研究的情况表明：Si-Al合金材料的封 装性能主要取决于其组织结构的致密性和均匀性，选 择合适的制备方法格外重要!
二.实验部分
实验部分（一）原料和设备