《表4 传统电子封装材料与芯片材料热物理性能与密度[20,27]》

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《中高体积分数SiC_p/Al复合材料研究进展》

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表4为常用电子封装与芯片材料热物理性能及密度[20，27]。通过对比可以发现，中高体积分数Si Cp/Al复合材料由于其密度低、导热系数高，且线膨胀系数低，作为电子封装外壳可与芯片很好地进行匹配。目前已大规模应用于电子封装及热控领域，尤其是对重量要求极为敏感的航空航天电子系统。图11[50]为相同结构Kovar合金和高体积分数SiCp/Al复合材料制备的微波封装部件。通过对比可以看出，高体积分数Si Cp/Al复合材料在提高热性能的前提下，显著降低重量。美国Lanxide公司及TTC公司制备的PRIMEXTM Si Cp/Al复合材料，其线膨胀系数为4.8～8.6×10-6/℃，其PRIMECOOLTM电子封装及热控元件产品具有优异的热性能，相较于传统Cu/W和Fe/Ni合金可以节省超过40%的重量，目前已应用于“卡西尼”太空探测器、“铱星”系统，美国空军及欧洲战斗机及电子吊舱。此外，日本新干线列车，丰田普锐斯混合动力汽车等也采用Lanxide及TTC公司的PRIMECOOLTM系列产品。美国洛克希德·马丁公司将Si Cp/Al复合材料用于制作卫星远程电源控制器以及装备于美国DSCS-III军用通讯卫星的微波封装部件，该部件相较于Kovar合金重量可以减少10 kg以上[51]；美国Alcoa公司采用压力铸造方式近净尺寸成型的65～75Vol.%SiCp/Al复合材料用于多芯片封装。相较于传统钎焊和锡焊在获得更好的散热效果的同时可减少操作步骤、降低成本[50]。美国CPS公司开发出具有特色的QuickSetTM/QuickCastTM制备工艺，可实现薄壁件近净尺寸成型并结合Concurrent IntegrationTM技术实现镶嵌件同步浸渗结合可取代后期焊接步骤，从而降低制备成本，其制备的SiCp/Al复合材料的热导率可达170～200 W/（m·K），产品应用于IGBT基板、冷却器，封装外壳等产品，在雷达系统、航空航天电子系统、微波通讯等领域应用[20，52]。法国Egide-Xeram公司生产的大尺寸基板已应用于ThomsonCSF雷达的微波封装；德国DMC公司与CEPAL实验室致力于生产高质量、低成本微处理外壳[10]；日本电气化株式会社利用压力浸渗工艺制备SiCp/Al复合材料用于制作功率模块、IGBT基板、散热器等；日本田岛轻金属株式会社利用PRIMEX CASTTM技术制备中等体积分数SiCp/Al复合材料用于精密检测设备和精密机械磨损和制动部件等[14]。目前我国在电子封装领域，高体积分数Si Cp/Al复合材料用户主要包括中车集团、比亚迪、江淮动力、天津恒天、奇瑞、吉利、启辰晨风等厂家以及一些LED厂商和军工电子厂商，且均依靠进口[53]。国内多家研究机构如中南大学[14，53]、国防科技大学[24]、哈尔滨工业大学在[28]、北京科技大学[54]、合肥工业大学[55]、西北工业大学[22]、西安电子科技大学[23，29]、北京有色金属研究总院均对用于电子封装及热控领域的中高体积分数Si Cp/Al复合材料展开研究。其中中南大学[14]对年产200 m2电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料工艺和设备进行设计；国防科技大学与中南大学小批量研制用于相控阵雷达的SiCp/Al T/R组件封装外壳[56]；北京科技大学何新波等人[54]制备的67Vol.%Si Cp/Al复合材料封装零件，导热率可达190 W/（m·K），可满足封装材料的使用要求，其综合性能与国内外所制备的材料性能接近；北京有色金属研究总院研制出用于电子封装的60～70Vol.%Si Cp/Al复合材料；同时以湖南浩威特科技发展有限公司、西安明科微电子材料有限公司、西安法迪复合材料有限公司等多家新技术企业致力于中高体积分数SiCp/Al复合材料在电子封装领域的研发、生产和推广。