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轻质Si_Al电子封装材料制备工艺的研究.pdf

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第22卷第3期粉末冶金技术Vol22,No3 2004年6月PowderMetallurgyTechnologyJune2004 轻质SiAl电子封装材料制备工艺的研究 蔡杨*郑子樵李世晨冯曦 (中南大学材料科学与工程学院,长沙410083) 摘要:探讨采用传统粉末冶金方法制备轻质、高性能Si50%Al(质量分数,下同)电子封装材料的可能性。 研究了粉末粒度组成、压制压力、烧结温度对材料室温导热性和室温到200间热膨胀系数的影响。发现采 用一定的粉末粒度组成,高压制压力、高温和适当的时间烧结能够获得综合性能较好的SiAl复合材料。 关键词:硅铝电子封装材料;粉末冶金;热导率;热膨胀系数 Thetechniqueandmechanismtofabricate lightweightSiAlcompositesforelectronicpackaging CaiYang,ZhengZiqiao,LiShichen,FengXi (SchoolofMaterialsScienceandEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China) Abstract:Traditionalpowdermetallurgymethodwasappliedscucessfullytofabricatelightweight,highperformance Si50wt%AlcompositeswhichusedaselectronicpackagematerialforthermalsinkTheinfluencesofprocesspa rameterssuchaspowdersize,compactingpressuresandsinteringtemperatureonthermalconductivity(TC)andco efficientofthermalexpansion(CTE)ofSiAlcompositeswereexaminedthroughthisstudyItindicatesthatproper compositionofparticlesize,highcompactingpressure,hightemperatureandpropersinteringtimecanscucessfully gettheSiAlcompositeswithgoodproperties Keywords:SiAlcompositesforelectronicpackaging;powdermetallurgy;thermalconductivity;coefficientofther malexpansion 1前言的热膨胀系数能与Si、GaAs匹配,但热导率太小; 随着现代先进微波和集成电路技术的迅猛发WCu密度太大;AlSiC和AlN又存在加工、电镀性 [3,4] 展,电子封装对系统性能的影响已变得越来越重要。能差的问题。在这种情况下,新型SiAl电子封 据估计,限制目前芯片性能的因素中,30%与采用的装材料因其质量轻(<3103kg/m3),热导率优良, 电子封装材料有关。新型电子封装材料的发展已得能与GaAs匹配的低膨胀系数,无污染环境,原材料 到愈来愈多的关注。有效的散热和热匹配是对电子的制备工艺成熟,成本低廉等特点成为人们关注的 封装材料最为关键的要求。通常认为,温度每升高重点。日本、美国、英国先后在这个领域展开了研 18,半导体器件失效的可能性就增加2~3倍[1];究,通过不同的方法制备出Si含量30%~70%的 由芯片和承载基片热膨胀行为不匹配而产生的热应SiAl复合材料,性能达到比较理想的水平[5,6],如 力可导致封装失败,使系统失效。此外,产品微型化英国Osprey公司生产的的Si50%Al电子封装材料 和轻型化的必然发展趋势要求电子封装材料的密度的热导率达到140W/m!K,热膨胀系数达到110 [2] 尽可能的小。10-6/K,密度达到25g/cm3;Si30%Al电子封 目前常用的电子封装材料已不能完全满足以上装材料的热导率为120W/m!K,热膨胀系数为68 -63 对理想电子封装材料的苛刻要求。Kovar和Al2O310/K,密度为24g/cm。 *蔡杨,24岁,硕士,主要从事功能复合材料研究。Email:Edwardscai@163net 收稿日期:2002-12-29 第22卷第3期蔡杨等:轻质SiAl电子封装材料制备工艺的研究169 粉末冶金材料不受基体与第二相的限制,