铝碳化硅技术白皮书

5.9 17.8 23.6 4.2 6.5 6.7
兼收并蓄，取长弥短
铝瓷是为了解决电子热管理问题而研发的新材料。其综合了金属的高导 热性和陶瓷的低膨胀性能，形成兼备陶瓷及金属特性的新材料，从而彻底解 决了电子封装的热管理问题。
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◆AlSiC 是复合材料，其热膨胀系数可通过改变其组成而加以调整，因此产 品可按使用的具体要求而灵活设计，能够真正做到量体裁衣，这是任何金属 材料或陶瓷材料无法做到的。 ◆AlSiC 的密度与铝相当，比铜和 Kovar 轻得多，还不到 Cu/W 的五分之一， 特别适合于便携式器件、航空航天和其他对重量敏感领域的应用。 ◆AlSiC 的比刚度（刚度除以密度）是所有电子材 料中最高的：是铝的 3 倍，是 W-Cu 和 Kovar 的 5 倍， 是铜的 25 倍， 另外 AlSiC 的抗震性比陶瓷好， 因此是恶劣环境（震动较大，如航天、汽车等领 域）下的首选材料。 ◆AlSiC 可以大批量加工， 但加工的工艺取决于碳 化硅的含量，可以用电火花、金刚石、水刀、激 光等加工。 ◆AlSiC 可以镀镍、金、锡等，表面也可以进行阳 极氧化、微弧氧化处理。 ◆金属化的陶瓷基片可以钎焊到镀好的 AlSiC 基板上，用粘结剂、树脂可以 将印制电路板芯与 AlSiC 粘合。 ◆可以耐受 305℃至-295℃的温度冲击（此数据仅限已经测试过的结论） ； ◆AlSiC 本身具有较好的气密性。但是，与金属或陶瓷封装后的气密性取决 于合适的镀层和焊接。 ◆AlSiC 的物理性能及力学性能都是各向同性的。
铝硅及其性能特点
铝硅（AlSi）是铝渗硅颗粒增强复合材料的简称，根据硅的含量，分为 高体积分数和中体积分数铝硅。电子封装中常用的铝硅材料有 AlSi11 和
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3.00
15.6-17.0
6.5-9.5
6.5-8.3
180-240
180-200
CuW
W+(10%-20%)Cu
CuMo
Mo+(15%-20%)Cu
10.00
7.0-8.0
160-170
AlSi
50%Al+50%Si
2.55
7.5-13.5
110-150
Kovar
Fe+Ni
8.10 8.96 2.70 2.30 5.23 3.60
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第
三
代
电
子
封
装
A l S i
材
料
A l S i C
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电子封装换代新技术
铝瓷®
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◆ 铝 碳 化 硅 和 铝 硅 在 增 强 物 上不同， 所 表 现 出的特性自 然不同。 ◆铝碳化硅更硬，更难加工，但导热和膨胀性能突出，是封装材料中的佼佼 者。但很难满足后续工艺对它的加工要求，所以多用在一次成型的领域。铝 硅可以后续精加工，像金属一样切削、处理，所以多用在对精度要求比较高 的场合。
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气密性为 5*10
-10
atm·cm /s,He
◆AlSi 可以大批量加工， 采用普通机床， 合金刀具即可像加工金属一样进行， 加工出的表面与金属相当。 ◆AlSi 可以镀镍、金、锡等，表面也可以进行阳极氧化、微弧氧化处理。 ◆AlSi 材料可以进行焊接，采用激光封焊，瞬间高温将材料本身熔化使其相 连接，气密性可以保证。 ◆AlSi 与绝缘子相连接，采用粘接、焊接可以满足军品要求，但采用玻璃烧 接和陶瓷烧结技术仍在试验中。 高硅铝合金并不属于铝硅材料。任何合金材料与复合材料在组织结 构上有本质的不同。

铝碳化硅和铝硅的区别
◆铝碳化硅是铝瓷材料的主体，铝硅是铝碳化硅的有效补充。两者分别为不 同的产品应用而开发，具有不同的材料性能（见下表）及适用方向。
材料 AlSiC AlSi
导热 高 中
膨胀 低 中
密度 低 低
净成 型 可 可
可加 工性 差 良
可焊 接性 差 好
绝缘 子 否 可
镀层 可 可
表面 覆铝 可 否
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铝瓷电子封装材料介绍
铝瓷是铝碳化硅（AlSiC） 、铝硅（AlSi）铝基热管理复合材料的通称。 是科学家基于现代电子应用，以提高封装性能大幅及降低生产成本而设计出 的新型复合材料。
铝碳化硅及其性能特点
铝碳化硅（AlSiC）是铝渗碳化硅颗粒增强复合材料的简称，又称碳化 硅铝或铝硅碳。根据碳化硅的含量分为低、中、以及高体积分数，其中电子 材料应用以高体积分数为主。电子封装中常用的有 AlSiC7、AlSic8 系列。 ◆ AlSiC 具 有 高 热 传 导 率 （ 180~240W/m.k ） 和 可 调 的 热 膨 胀 系 数 （6.5~9.5X10 /K） 。一方面 AlSiC 的热膨胀系数与半导体芯片和陶瓷基片实
-9
B 级品 >180 >2.97 8
C 级品 >150 >2.95
单位 W/m.K （25℃） g/cm
3
ppm/℃ （25-150℃） atm·cm /s,He MPa μΩ·cm GPa
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>300 30 >200
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什么是铝瓷
第三代电子封装材料铝瓷是铝碳化硅（AlSiC） 、铝硅（AlSi）铝基热管 理复合材料的通称，是电子元器件专用封装材料，主要是指将铝与高体积分 数的碳化硅、硅颗粒复合成为低密度、高导热率和低 膨胀系数的封装材料， 以解决电子电路的热失效问题。 西安明科微电子材料有限公司与西北工业大学合 作开发的新一代铝瓷电子封装产品 , 拥有多项国家发 可调的膨胀系数 ₪ 高导热率 低密度 刚度大强度高
2012 年 3 月第四版 (V2012_0329) 本书内容若有变动，恕不另行通告 版权所有
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目录
什么是铝瓷 ......................... 1 铝瓷电子封装材料介绍 ............... 4 制造工艺与技术优势 ................ 12 明科铝瓷产品系列 .................. 16 技术说明 .......................... 24 商务说明 .......................... 25 我们的客户 ........................ 28
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第三代电子封装材料 铝瓷 1
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明专利。 是目前中国唯一一家拥有独立知识产权， 可以生产这种材料的企业。
铝瓷的应用领域
铝瓷具有高导热率、高刚度、高耐磨、低膨胀、低密度、低成本等等良 好的封装特性，根据这些特性其可以被分别应用于不同的领域。 → 电子及微电子封装 ◆应用于微波领域的射频、微波和毫米波封装；主要 应用于微波领域； ◆功率封装，如晶闸管、整流管等；主要指大功率器 件、电力电子器件；汽车电子的 IGBT 及 MOSFET 功率模块封装； ◆复杂光电器载片；光电转换器、激光器件等； ◆激光二极管；发光二极管和探测器；LED、大功 率液晶显示器件； ◆高性能 PCB 夹层；印刷电路板的夹芯； ◆微处理器盖板及散热器；脑（CPU）芯片和服务 器（MPU）芯片的盖板或底层散热件；硬盘底板；
-6
现良好的匹配，能够防止热疲劳及热失效的产生,甚至可以将功率芯片直接 安装到 AlSiC 基板上,另一方面 AlSiC 的热导率是一般封装材料的十倍，芯 片产生的热量可以及时散发。 这样， 整个元器件的可靠性和稳定性大大提高。 类别 热导率 密度 膨胀系数 气密性 抗弯强度 电阻率 弹性模量 标准 A 级品 >210 >3.00 7 <5*10
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铝瓷相比较于其它封装材料，既考虑到了热量的迅速散出，也考虑到了 功率器件的热膨胀性。相比第一代和第二代材料，有无可比拟的优势。 参考以下图表来比较不同的封装材料所表现出来的不同特性。
密度 材料 成分 （ g/cm3） （ 10
-6
热膨胀系数 /K）
热导率 （ W/mK）
AlSБайду номын сангаасC
Al+(50%-70%)SiC
-9 -6
单位 W/m.K ppm/℃ （25-150℃） atm·cm3/s,He MPa μΩ·cm g/cm Gpa
3
>200 50 >2.50 ＞200
◆AlSi 是复合材料，其热膨胀 系数性能可通过改变其组成而 加以调整，这是传统的金属材 料或陶瓷材料无法作到的。 ◆AlSi 的密度小于铝，比铜和 Kovar 轻得多，还不到 Cu/W 的 五分之一，特别适合于便携式 器件、航空航天和其他对重量 敏感领域的应用。 ◆AlSi 材料的气密性可以达到 最严苛的军工品质要求。实测
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◆各种形状复杂的集成电路封装管壳件； 如芯片、器件的支撑外壳，紧密封装外壳 等； ◆其它电子电路的热沉 或自带散热器基 板。 → 民用电子及其它领域 ◆民用电子产品封装，如数码相机、摄像机、手机、笔记本电脑的电路、芯 片封装等。 ◆电容器封装；电容器盖子； ◆其它民用品，如纺织机纱（飞）轮等； ◆发动机活塞环， 如汽车活塞环、 各种内燃机活塞环； ◆汽车轮毂、高档汽车刹车片等。
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AlSi17 系列。 ◆ AlSi 具有高导热率（ 110 ～ 150 W/m.K ）和可调的热膨胀系数（ 7.5 ～ 13.5×10 /K） ，一方面 AlSi 的热膨胀系数与基片实现良好的过渡，用来制 造封装外壳可以实现良好的匹配性,另一方面 AlSi 的热导率是一般封装材料 的 5-10 倍，芯片产生的热量可以及时散发。 类别 热导率 膨胀系数 气密性 抗弯强度 电阻率 密度 弹性模量 标准 >110 11 <5*10
优
越的性能使铝瓷比 W-Cu、Mo、BeO、Kovar、Mo-Cu、AlN、AlSi、 Al2O3 等封装材料具有更广阔的使用空间以及成本优势。我们强烈 建议您能使用我们的产品，并提出宝贵意见。
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铝瓷材料的优越性
◆使用铝瓷材料进行电子封装，可以大幅提高使集成电路的封装性能，使封 装体与芯片的受热膨胀一致，并起到良好的导热功能，更好的解决电子电路 的热时效问题； ◆批量使用铝瓷材料，可以降低封装成本。我们对于长期喝大批量的订货实 行特别优惠，总成本将比目前使用的 W-Cu、Mo-Cu 等贵金属材料要便宜的 多； ◆有效提高航天、 军事、 微波和其它功率电子领域封装技术水平， 降低成本， 加快航天和军工产品的先进化。