高硅铝材料介绍-2018.04(简)
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从发展趋势上来说,高硅铝合金在很多方面将逐步代 替可伐合金、碳化硅/铝复合材料、钨铜、钼铜等封装材料。
碳化硅/铝的显微组织
高硅铝合金的显微组织
相比之下,高硅铝合金显微组织更细密、均匀
5、高硅铝合金制备过程
喷射成型
典型的制备工艺路线
热等静压
锭子
锭子
切割
电火花加工 或数控加工
料块
切片
电镀Ni/Au
平板 最终产品
热膨胀匹配 机械稳定性 机械强度 各向同性 低密度 导热性好 机加性能好 可电镀性 可焊接性 真空密封性
高硅铝合金综合性能最优
综上所述,高硅铝合金作为第三代组件级的封装材料, 具有最好的综合优势。
与同为第三代组件级封装材料的碳化硅/铝相比,高硅 铝合金具有易于加工成型、良好的焊接和镀涂性能。而碳 化硅/铝材料在加工具有复杂结构的型腔时,几乎是不可能 完成的。
四、铸鼎工大提供材料产品与解决方案
铸鼎工大通过独有的技术生产,提供前述的高硅铝及梯度高硅铝系列 材料。 并可配合用户进行针对具体型号件壳体的机加以及电镀、焊接的试验 与工艺摸索和定型。 亦可配合用户针对具体零件需求,设计特殊的梯度结构材料。
1、高硅铝合金系列成分材料坯锭与壳体件
包括27Si、40Si、50Si、60Si、70Si
二、梯度结构高硅铝合金(用于电子封装)
1、梯度功能材料(FGM)定义与结构
成分 结构 组织 性能
FGM 结构示意图
梯度结构的目的:兼顾不同成分与组织的使用性能
2、梯度高硅铝合金应用于封装管壳示意图
3、铸鼎工大梯度材料实现
通过独有的技术实现了成分梯度的材料设计制造,及壳 体材料的加工制造
顶部为 27Si
5.2
6.8
180--210 160--190 160
244
密度/ (g·cm -3)
15.6
9.9
8.4
9.7
加工性能
可
可
可
可
第一代封装材料
Al-SiC
7--17 145
Al-Si
7—17 140--210
2.97
2.4—2.6
差
优
第二代封装材料
第三代封装材料
电子封装壳体与光学框架材料的典型需求
9
CE7 Al-Si70
7
热导率 (25℃) (W·m-1·K-1)
160 150 140 129 120
抗拉强度 屈服强度
/MPa
/MPa
160 110 210 155 150 125
120
-
110
-
3、业内公认的高硅铝合金基本指标数据
材料致密度:>99.8%; 初生硅≤30mm
典型构件加工尺寸:100´100´10mm,最小壁厚0.5mm
三、作为结构材料的应用领域
广泛应用于航空、航天、光学、激光、波导、导航、武器系 统,——凡是对材料有尺寸稳定性要求的领域!大量代替可伐合 金、钨铜、钼铜、碳化硅铝等。
下述为已经验证证实,可以成熟应用的领域
电子封装:用于微电子 电路盒
用于微电子电路盒
微波接收器、 转换器、功率 放大器
用于一体化器件封装
高硅铝/梯度高硅铝 合金材料介绍
哈尔滨铸鼎工大新材料科技有限公司
主要内容
一、高硅铝合金材料特点(用于电子封装) 二、梯度结构的高硅铝合金(用于电子封装) 三、作为结构材料的应用领域 四、铸鼎工大提供产品与解决方案
一、高硅铝合金材料特点(用于电子封装)
1、组件级封装 对封装材料的基本要求
1) 热膨胀系数匹配 2)导热性好 3)密度较小 4)易于加工成型 5)一定的结构强度
材料种类 Si
GaAs Al2O3 BeO AlN
Al
Cu Mo W
Kovar Invar
热膨胀系数 4.1 6.0 6.5
CTE /(10-6 K-1)
6.7 4.5
23 17 5.0 4.4
5.9
0.4
热导率/ 135 39 20 250 280 230 400 140 174 17
11
(W·m -1·K-1)
2、梯度高硅铝合金材料坯锭与壳体件 包括 (三层梯度27-38-50Si)— 代号TD50Si (三层梯度38Si-50Si-60Si)-- 代号TD60Si (三层梯度38-55-70Si) -- 代号TD70Si
3、平面梯度盖板、梯度板型件 27/50Si
目前已成功应用于电子封装方面的产品样品
15045069318@163.com http://www.hct-hit.com
张春伟 铸鼎工大副总 150450源自文库9318
邢大伟 铸鼎工大总经理 哈工大材料学院研究员 13804603138
密度/ 2.3 5.3 3.9 2.9 3.2 2.7 8.9 10.2 19.3 8.3
8.1
(g·cm -3)
半导体基体材料 (芯片级)陶瓷封装材料
纯金属
材料种类
热膨胀系数
CTE /(10-6 K-1)
热导率/ (W·m -1·K-1)
W/Cu
Mo/Cu
7.6—9.1 7.2—8.0
Cu/invar/Cu Cu/Mo/Cu
包括双面梯度50Si 以及梯度70Si
某波导件,原为铜合金,采用高硅铝合金,可大 大减重,并提高波导性能
期待与您合作!
哈尔滨铸鼎工大新材料科技有限公司,是一家源于哈工大科技成果创 立的高科技公司,公司注册资金壹仟万元人民币,地址在哈尔滨市松北区 黑龙江工业技术研究院企业加速器园区内。
哈尔滨铸鼎工大新材料科技有限公司 地址:哈尔滨市松北区巨宝一路669号,150028 电话:0451-51065922; 传真:0451-51065922;86402760 Email:xingdw@hit.edu.cn;
2、高硅铝合金在综合性能上很好地满足上述要求
常用高硅铝合金,主要由铝、硅两种元素组成合金, 含硅量从27%—70%。
高硅铝合金系列材料性能指标(含硅量27—70%)
合金 系列
成分
热膨胀系数 ×10-6/K
CE17 Al-Si27
17
CE13 Al-Si42
13
CE11 Al-Si50
11
CE9 Al-Si60
热 膨 胀 系 数:7~17´ 10-6/K(可调)
导 热 率: ≥ 120W/m.K
密
度:2.4~2.6g/cm3
气密性满足国军标GJB548B-1014要求(<1.0 ´ 10-9Pa.m3/s)
镀层质量,满足国标GB/T 5270-2005
4、三代封装材料基本性能指标对比
几种常用封装材料性能指标
中间过 渡层38Si
底边为 50Si
单面梯度壳体件, 机加工后梯度层
清晰可见
梯度成分坯料,线切割后可通 过颜色深浅区分不同梯度层
中间为50Si, 向边缘部分逐 渐过渡到27Si
双面梯度壳体件,机加工后 显示出清晰的成分梯度层
盖板和壳体边缘同属 27Si,具有良好的激
光封焊性能
4、梯度高硅铝合金材料渐变的显微组织
制备梯度材料目的:
27Si 38Si 50Si 38Si 27Si
兼顾高硅的低膨胀性 与低硅的良好焊接性
宏观有界限, 微观无界线
双面 梯度 试样
a)
b)
c)
d)
e)
30%Si
界面
40%Si
界面
Ø 随着梯度成分变化,在金相组织中,硅相含量逐渐增加
50%Si
边缘部位 27Si
中间部位 50Si
梯度盖板(平面梯度),可以解决盖板上焊装 元器件的需要,同时又保持良好的封焊性能
碳化硅/铝的显微组织
高硅铝合金的显微组织
相比之下,高硅铝合金显微组织更细密、均匀
5、高硅铝合金制备过程
喷射成型
典型的制备工艺路线
热等静压
锭子
锭子
切割
电火花加工 或数控加工
料块
切片
电镀Ni/Au
平板 最终产品
热膨胀匹配 机械稳定性 机械强度 各向同性 低密度 导热性好 机加性能好 可电镀性 可焊接性 真空密封性
高硅铝合金综合性能最优
综上所述,高硅铝合金作为第三代组件级的封装材料, 具有最好的综合优势。
与同为第三代组件级封装材料的碳化硅/铝相比,高硅 铝合金具有易于加工成型、良好的焊接和镀涂性能。而碳 化硅/铝材料在加工具有复杂结构的型腔时,几乎是不可能 完成的。
四、铸鼎工大提供材料产品与解决方案
铸鼎工大通过独有的技术生产,提供前述的高硅铝及梯度高硅铝系列 材料。 并可配合用户进行针对具体型号件壳体的机加以及电镀、焊接的试验 与工艺摸索和定型。 亦可配合用户针对具体零件需求,设计特殊的梯度结构材料。
1、高硅铝合金系列成分材料坯锭与壳体件
包括27Si、40Si、50Si、60Si、70Si
二、梯度结构高硅铝合金(用于电子封装)
1、梯度功能材料(FGM)定义与结构
成分 结构 组织 性能
FGM 结构示意图
梯度结构的目的:兼顾不同成分与组织的使用性能
2、梯度高硅铝合金应用于封装管壳示意图
3、铸鼎工大梯度材料实现
通过独有的技术实现了成分梯度的材料设计制造,及壳 体材料的加工制造
顶部为 27Si
5.2
6.8
180--210 160--190 160
244
密度/ (g·cm -3)
15.6
9.9
8.4
9.7
加工性能
可
可
可
可
第一代封装材料
Al-SiC
7--17 145
Al-Si
7—17 140--210
2.97
2.4—2.6
差
优
第二代封装材料
第三代封装材料
电子封装壳体与光学框架材料的典型需求
9
CE7 Al-Si70
7
热导率 (25℃) (W·m-1·K-1)
160 150 140 129 120
抗拉强度 屈服强度
/MPa
/MPa
160 110 210 155 150 125
120
-
110
-
3、业内公认的高硅铝合金基本指标数据
材料致密度:>99.8%; 初生硅≤30mm
典型构件加工尺寸:100´100´10mm,最小壁厚0.5mm
三、作为结构材料的应用领域
广泛应用于航空、航天、光学、激光、波导、导航、武器系 统,——凡是对材料有尺寸稳定性要求的领域!大量代替可伐合 金、钨铜、钼铜、碳化硅铝等。
下述为已经验证证实,可以成熟应用的领域
电子封装:用于微电子 电路盒
用于微电子电路盒
微波接收器、 转换器、功率 放大器
用于一体化器件封装
高硅铝/梯度高硅铝 合金材料介绍
哈尔滨铸鼎工大新材料科技有限公司
主要内容
一、高硅铝合金材料特点(用于电子封装) 二、梯度结构的高硅铝合金(用于电子封装) 三、作为结构材料的应用领域 四、铸鼎工大提供产品与解决方案
一、高硅铝合金材料特点(用于电子封装)
1、组件级封装 对封装材料的基本要求
1) 热膨胀系数匹配 2)导热性好 3)密度较小 4)易于加工成型 5)一定的结构强度
材料种类 Si
GaAs Al2O3 BeO AlN
Al
Cu Mo W
Kovar Invar
热膨胀系数 4.1 6.0 6.5
CTE /(10-6 K-1)
6.7 4.5
23 17 5.0 4.4
5.9
0.4
热导率/ 135 39 20 250 280 230 400 140 174 17
11
(W·m -1·K-1)
2、梯度高硅铝合金材料坯锭与壳体件 包括 (三层梯度27-38-50Si)— 代号TD50Si (三层梯度38Si-50Si-60Si)-- 代号TD60Si (三层梯度38-55-70Si) -- 代号TD70Si
3、平面梯度盖板、梯度板型件 27/50Si
目前已成功应用于电子封装方面的产品样品
15045069318@163.com http://www.hct-hit.com
张春伟 铸鼎工大副总 150450源自文库9318
邢大伟 铸鼎工大总经理 哈工大材料学院研究员 13804603138
密度/ 2.3 5.3 3.9 2.9 3.2 2.7 8.9 10.2 19.3 8.3
8.1
(g·cm -3)
半导体基体材料 (芯片级)陶瓷封装材料
纯金属
材料种类
热膨胀系数
CTE /(10-6 K-1)
热导率/ (W·m -1·K-1)
W/Cu
Mo/Cu
7.6—9.1 7.2—8.0
Cu/invar/Cu Cu/Mo/Cu
包括双面梯度50Si 以及梯度70Si
某波导件,原为铜合金,采用高硅铝合金,可大 大减重,并提高波导性能
期待与您合作!
哈尔滨铸鼎工大新材料科技有限公司,是一家源于哈工大科技成果创 立的高科技公司,公司注册资金壹仟万元人民币,地址在哈尔滨市松北区 黑龙江工业技术研究院企业加速器园区内。
哈尔滨铸鼎工大新材料科技有限公司 地址:哈尔滨市松北区巨宝一路669号,150028 电话:0451-51065922; 传真:0451-51065922;86402760 Email:xingdw@hit.edu.cn;
2、高硅铝合金在综合性能上很好地满足上述要求
常用高硅铝合金,主要由铝、硅两种元素组成合金, 含硅量从27%—70%。
高硅铝合金系列材料性能指标(含硅量27—70%)
合金 系列
成分
热膨胀系数 ×10-6/K
CE17 Al-Si27
17
CE13 Al-Si42
13
CE11 Al-Si50
11
CE9 Al-Si60
热 膨 胀 系 数:7~17´ 10-6/K(可调)
导 热 率: ≥ 120W/m.K
密
度:2.4~2.6g/cm3
气密性满足国军标GJB548B-1014要求(<1.0 ´ 10-9Pa.m3/s)
镀层质量,满足国标GB/T 5270-2005
4、三代封装材料基本性能指标对比
几种常用封装材料性能指标
中间过 渡层38Si
底边为 50Si
单面梯度壳体件, 机加工后梯度层
清晰可见
梯度成分坯料,线切割后可通 过颜色深浅区分不同梯度层
中间为50Si, 向边缘部分逐 渐过渡到27Si
双面梯度壳体件,机加工后 显示出清晰的成分梯度层
盖板和壳体边缘同属 27Si,具有良好的激
光封焊性能
4、梯度高硅铝合金材料渐变的显微组织
制备梯度材料目的:
27Si 38Si 50Si 38Si 27Si
兼顾高硅的低膨胀性 与低硅的良好焊接性
宏观有界限, 微观无界线
双面 梯度 试样
a)
b)
c)
d)
e)
30%Si
界面
40%Si
界面
Ø 随着梯度成分变化,在金相组织中,硅相含量逐渐增加
50%Si
边缘部位 27Si
中间部位 50Si
梯度盖板(平面梯度),可以解决盖板上焊装 元器件的需要,同时又保持良好的封焊性能