1. Introducción
El requisito creciente impuesto sobre los materiales de gestión térmica en microelectrónica y semiconductores impulsa el desarrollo de materiales compuestos avanzados de matriz metálica (MMC) con alta conductividad térmica (CT) para disipar eficazmente el calor y tailorable coeficiente de expansión térmica (CTE) para reducir al mínimo tensiones termales. Esto es de vital importancia para mejorar el rendimiento, ciclo de vida y fiabilidad de los dispositivos electrónicos.
Materiales compuestos de matriz metálica con fracción de alto volumen de refuerzo son atractivos a la vista de la posibilidad de mejorar aún más la TC por el uso de altos componentes de TC y la flexibilidad para ajustar el CTE controlando el contenido de refuerzo. Al y Cu se utilizaron generalmente como matriz del metal debido a su alta CT, y los refuerzos involucrados SiC, carbón y diamante. En la consideración de que los compuestos producidos a partir el mismo refuerzo tienen dificultades similares durante la fabricación, los compuestos con alta TC fueron divididos en tres categorías principales: compuestos metal SiC, C/metal y metal y diamante. Debido al hecho de que termal específico conductividad (conductividad térmica dividida por la densidad) de materiales compuestos Al-base era mayor que de materiales compuestos base de Cu, materiales compuestos de base Al son más deseables en aviónicos aplicaciones donde se exige el peso ligero.
Gran avance se logró en el SiCp/Al compuesto, pero su TC es todavía relativamente bajo para muchas aplicaciones térmicas. Con la intención de aumentar aún más las propiedades térmicas, se introdujeron los refuerzos (carbono y diamante) con TC más alta. C/metal compuesto es atractiva debido a su facilidad de mecanización, mientras que diamante y metal se convierte en un punto de acceso para su extremadamente alta TC. Sin embargo, la no-adherencia característica e indeseable reacción interfacial hacer gran dificultad en el proceso de fabricación y limitan mucho la mejora de las propiedades térmicas de materiales compuestos C/metal y metal de diamante. Por lo tanto, mejorar la humectabilidad y la optimización de la estructura interfacial se convierten en problemas. Además, materiales compuestos de matriz metálica avanzada son difíciles de mecanizar en forma compleja. En respuesta a este problema, forma junto a la red de tecnología fue desarrollada en nuestro grupo por la combinación de presión la infiltración y el polvo de moldeo por inyección. Técnica de soldadura es otro aspecto importante, pero poco se trabaja especialmente sobre materiales compuestos de matriz de Cu.
2. propiedades termo-físicas de
Propiedades termo físicas fueron afectados por la matriz, el refuerzo y la estructura interfacial. Característica interfacial puede controlarse mediante la modificación de la matriz del metal, tratamiento de superficie de refuerzo y selección de parámetros de proceso adecuados.
2.1. materiales compuestos SiC metal y
SiCp/Al composites son los materiales de envasado llave en este momento. Los principales problemas en el procesamiento son mala humectabilidad en SiC-Al sistema y la indeseable reacción interfacial:
2.2. compuestos de carbono metal y
La facilidad de mecanización es la propiedad más atractiva de materiales compuestos de metal y carbono, mientras que el cuello de botella es su bajo valor de TC.
2.3. compuestos diamante metal
Diamond presenta TC excepcionalmente alta (600-2300 W / (m· K)), pero el TC de materiales compuestos de diamante y metal no se ha tenido en el juego completo.
3. procesamiento de material compuesto con matríz metálica
3.1. líquida infiltración
Infiltración de líquido implica dos pasos principales: preparación de preformas, infiltración de metal fundido en preformas de cerámica porosas.
3.2. metalurgia de polvos (PM) ruta
Para estado sólido ruta de PM, el refuerzo y el polvo de metal se mezclan y consolidaron por presionar caliente, alta temperatura y alta presión (HTHP) o chispean de plasma (SPS) de la sinterización. HPHT produce las más altas propiedades térmicas en el caso de compuestos C/metal y metal de diamante. SPS es favorable para la supresión de la reacción interfacial debido a la menor temperatura de la sinterización y la velocidad de calentamiento rápido. Capa de metal sobre el relleno es necesaria para asegurar una distribución homogénea de refuerzo y suprimir la reacción interfacial. Sin embargo, está limitada a los componentes en forma simple con bajo contenido de refuerzo.
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4. procesamiento de electronic packaging
Proceso de envasado es otro factor importante que afecta a la disipación de calor del material de embalaje. Proceso de embalaje de metal convencionales está compuesto principalmente por cuatro pasos. En primer lugar, sustratos de Kovar y Kovar recintos están soldadas con aleación eutéctica Ag-Cu en cerca de 830 ° C para formar una cavidad. En segundo lugar, la aleación eutéctica Au-Si se utiliza para conectar la matriz a la cavidad. Durante este proceso, una preforma de oro se coloca en la parte superior de la cavidad mientras el paquete de la calefacción. Como el dado se monta sobre la preforma oro, Si desde la parte posterior de la matriz difunde en oro realizar, dando por resultado la formación de la aleación Au. Una difusión más de Si en preformas oro realza la relación Si-Au de la aleación hasta alcanza la proporción eutéctica. El Au-Si aleación eutéctica contiene 2.85% de Si y se funde a unos 363 ° C. Por lo tanto, para obtener el punto de fusión eutéctico, normalmente 380430 ° C, la temperatura de la matriz adjunta debe ser razonablemente alta. El tercer paso es la Unión de alambre que complementa la conexión eléctrica entre el chip de silicio y cables externos del dispositivo semiconductor mediante el uso de alambres muy finos de la vinculación. Por último, soldadura Sn-basado se utiliza para sellar una tapa para el paquete en 200-330 ° C. Para la soldadura de composición avanzada, los mayores desafíos son acabado de superficies y procesos de soldadura.
4.1. superficie de composites
4.2. soldadura de materiales compuestos de matriz Al
5. perspectivas y recomendaciones
Materiales compuestos de matriz metálica avanzada están todavía lejos de amplio uso debido al límite de propiedades termo-físicas, fabricación, soldadura técnica y costo. La ventaja de composites de carbono/metal y metal de diamante no se ha tenido en el juego completo debido a la alta resistencia interfacial. Investigación fundamental en la mejora de la humectabilidad, control de la estructura interfacial y mecanismo de la conductancia térmica es de vital importancia. Nuevos compuestos con estructura co-continua de refuerzo híbrido necesitan ser acentuado. Junto a la red de formación técnica también es una consideración clave. Seguir mejoras en diseño de packaging y proceso, así como nuevas soluciones de embalaje, son necesarios.