硅铝合金电子封装材料创新实验报告

5.欧盟成立了由BRITE/EURAM领导的协作项目，致力于研制轻 质、低膨胀系数的硅铝合金
6.美国最近采用喷射沉积和液体金属熔渗等方法制备了铝含 量为30%-70%（wt）的硅铝合金电子封装材料，密度可达 2.5 g/cm3左右，并且具有良好的使用性能和加工成形性能
3.梯度Si-Al合金电子封装材料的概述
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 艺方法等进行详细阐述。
2.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
和硅较易被侵蚀且焊接性能差 应用领域：应用范围较小
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
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。
4.1 23.6
热导率 W/m· K
148 237
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。
3.中南大学材料学院的杨培勇教授[21]等人也用粉末冶金的方法也制备 出了Si-50%Al合金，并对烧结工艺对材料制备的影响进行了研究。
4.北科大和北京有色金属研究院的研究人员的努力下，用喷射成形的 方法制备了Si-50%Al和Si-40%Al合金，并用热等静压的方法对制备 的材料进行了致密化处理，得到综合性能优异的电子封装材料。
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。
1.台湾成功大学的徐志宏小组通过用喷射成形的方法制备出了Si50%Al合金，并且研究讨论了这个组分材料的高温压缩变形情况
2.台湾的Lee及其研究小组采用了压力浸渗制备出了综合性能较为优 良的硅铝合金。
升，从而使芯片的寿命降低，芯片温度每升高10℃，
缩短三倍 GaAs或Si半导体芯片寿命就会
源自文库
。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。
性能 低的CET
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
2.多组份梯度Si-Al合金材料制备工艺及性能探讨
三.实验成果
1.电子封装材料的概述
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
陶瓷基电子封装材料： 优点：耐湿性能好、机械强度高、热膨胀系数小、导热率高、
气密性好，芯片和电路不受周围环境的影响、具有最高的布 线密度，最好的可靠性和尺寸稳定性。 缺点：制备困难 设备昂贵 不易加工 价格昂贵 应用：航空航天及军事工程的电子产品中 典型材料：Al2O3、BeO、BN、AlN、SiC等
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。
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。
目前常用的电子封装材料主要分为三大类：陶瓷基电封装 材料、塑料电子封装材料和金属基及金属电子封装材料。各 材料的优缺点：
4. Si-Al合金制备工艺选择概述
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
电子系统封装主要包括三方面的技术：
报告题目：成分梯度化高硅Al-Si合金电子封装材料制备
与性能研究
报告人： 李翔鹏 指导教师：蒋阳 教授
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 3.梯度Si-Al合金电子封装材料的概述 4. Si-Al合金制备工艺选择概述
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）
塑料封装材料： 优点：密度很小、加工性能好、加工成本低廉、
可靠性较好 缺点：导热性很差、吸水受热易膨胀、抗水汽性
能差 应用领域：一般的商用或民用，塑料封装器件占
世界商用芯片封装市场的90%以上。 典型材料：环氧树脂、聚四氟乙烯
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