【学生作业】电子封装中的散热——材料简述

电子封装中的散热——材料简述由于集成电路的集成度迅猛增加，导致芯片的发热量急剧上升，使得芯片寿命下降。有报...

由于集成电路的集成度迅猛增加，导致芯片的发热量急剧上升，使得芯片寿命下降。有报道称，温度每升高10℃，因GaAs或Si半导体芯片寿命的缩短而产生的时效就为原来的3倍。其原因就是在微电子集成电路以及大功率整流器中，材料之间散热性能不佳而导致的热疲劳以及热膨胀系数不匹配而引起的热应力造成。解决此问题的关键是进行合理的封装，在电子封装中封装材料主要包括基板、布线、框架、层间介质和密封材料。

封装材料起着职称和保护半导体芯片与电子电路的作用，并承担辅助散热的任务。因而需要满足以下要求：较低的热膨胀系数、导热性能好、气密性好（能抵御高温高湿腐蚀和辐射等有害环境）、强度和刚度高、良好的加工成型和焊接性能、体积占用尽可能小。塑料类价格低质量轻以及绝缘性好，主要使用热固性塑料，但是气密性不好，对湿度敏感，所吸收的水容易受热膨胀并且对内部进行腐蚀。

陶瓷材料属于气密性封装，有点主要有耐湿性好、机械强度高、热膨胀率小以及导热率高。氧化铝价格低廉、耐热冲击和绝缘性好，并且制作加工技术较为成熟。但是相对于其他陶瓷材料热导率还是较低；而氧化铍有较高的热导率，但是毒性和成本高；氮化铝有良好的热导率和与芯片更匹配的热膨胀系数，但是制备工艺难度和成本都比较高。

金属封装材料有较高的机械强度和散热性能。但是缺点也很多。比如有的热膨胀系数高、TC值较低、密度高，综合起来甚至不如某些陶瓷。

基体通常是铝、镁、铜或者它们的合金。因此具有陶瓷、塑料和金属材料的很多优点。

铜基复合封装材料。铜导热系数高，但是热膨胀系数也很大。因此与CTE较低的Mo复合可形成热导率高、低膨胀系数以及高硬度的复合材料。以负热膨胀材料ZrW2O8与金属铜为材料，分别用常规烧结法和热压法制备具有高热导率和低热膨胀的铜基复合材料，并且后者热导率明显高于前者。

碳纤维增强镁基复合材料。与镁合金相比，基体合金密度低、导热性好、导电性好、良好的阻尼减振性、优良的电磁屏蔽特性和易加工特性，同时克服了镁合金稳定性差、热膨胀系数高蠕变抗力小等缺点。但是制备的过程中存在最大的困难就是液态镁不能湿润碳纤维，不能形成良好的界面结合。

铝基复合封装材料。目前应用最广泛的是SiC/Al。其热膨胀系数可由SiC的加入量来调节，因此在生产当中尽可能提高Si的含量。

AlSiC（铝碳化硅）是铝基碳化硅颗粒增强复合材料的简称，业内又称碳化硅铝或“奥赛克”。根据碳化硅的含量分为低体积分数、中体积分数和高体积分数，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。

而关于AlSiC的详细还会继续展示。

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