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电子封装材料的发展历程

时间:2017-09-13 20:49:14  来源:桑尧热喷涂网整理  作者:tianzhongma

    电子封装材料随着性能的提高经历了四个重要的发展步骤,也是电子封装材料取得大发展的三个阶段。

    第一代电子封装材料即传统电子封装材料,如:Kovar合金、Invar合金、W/CuMo/Cu、环氧树脂、AI2O3陶瓷等。这类材料在某些方面具有较突出的性能,而其缺点限制了其发展。KovarInvar合金的热膨胀系数低,焊接和加工性能较好,但是热导率低,应用范围很窄。W/CuMo/Cu热导率比KovarInvar合金高很多,但气密性不好,致密度较低,价格较高,加工、焊接性能差且密度大,应用受到限制。环氧树脂质轻、价廉、加工性能好、绝缘性好、热膨胀系数低,但是耐湿性和气密性较差,易造成污染。AI2O3陶瓷热膨胀系数低、价格低廉、强度和硬度高,抗化学腐蚀性、耐热冲击性、绝缘性能良好,但也存在热导率低的问题。随着科技的发展,第一代电子封装材料己经逐步被淘汰,取而代之的是性能更好更全面的复合材料。

    第二代电子封装材料是目前研究比较多的SiC/AISiC/CuSi/AI等复合电子封装材料。复合材料能充分利用各组分优点,将其不足对性能的影响控制到最小,获得各个方面均有较高性能的电子封装材料。这类材料热导率在200~400Wm-1K-1之间,通过对基体与增强相的配比的调节,可以实现热膨胀系数的可调节性。SiC/Al兼有SiCAl的优点:高弹性模量、高硬度、高强度、轻质、热导率较高、热膨胀系数较小、抗氧化性能好、高温强度大,但表面处理和加工比较困难,焊接性能差,一度阻碍了SiC/AI复合材料的推广应用。SiC/Cu也具有很好的热导率和强度,但是二者之间的润湿性较差,导致高体积分数的SiC/Cu复合材料致密度较低,Cu的热膨胀系数相对较高,为降低其热膨胀系数必然加入更多SiC,致使目前高体积分数SiC/Cu复合材料热导率相对偏低。尽管存在不足,第二代封装材料的综合性能己经大大超越第一代,复合材料为电子封装材料未来的发展指明了方向。

    第三代电子封装材料是近几年国内外的研究热门:高热导电子封装材料。如Cu/Diamond.AI/Diamond.Diamond/SiC等。是在第二代的基础上发展出来的新一代复合材料,突出特点是热导率很高,基本都在400Wm-1K-1以上。金刚石热导率极高,热膨胀系数很低,强度、硬度、化学稳定性也很高,是电子封装的理想材料。近年来人造金刚石价格逐步下降,结合CuAlSiC等价格低廉的组分,应用领域不断扩大。促使人们对其进行越来越多的研究,并取得了一定成果。通过压力熔渗等方法制备的金刚石一铜、铝复合材料,获得了不错的热导率。目前这类复合材料制备的关键问题是金属与余刚石的润湿性差,界面质量和致密度对热导率影响大,通过金刚石表面改性等方法已经在制备上取得了一定进步,但是仍未能完美解决,润湿性是目前的研究热点之一。金刚石-金属复合材料的高温高压制备技术己形成较系统的体系,但低压或无压方面研究基本没有。目前的技术不成熟,制备出的成品形状单、结构简单,成品表面质量不高,严重影响气密性、加工性能及可焊接性,为提高表面质量所做的后续处理如化学镀和电镀等,对整体导热性的影响是致命的。这些技术难题使得金刚石-金属复合材料实际大规模应用推广和发展受到阻碍。

 


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