鋁基碳化硅材料可以用來(lái)做什么

將SiC與Al合金按一定比例和工藝結(jié)合成 AlSiC 后，可克服目前金屬封裝材料的不足，獲得高K值、低 CTE、高強(qiáng)度、低密度導(dǎo)電性好的封裝材料。鈞杰陶瓷先進(jìn)陶瓷與金屬相比，具有高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫（耐火）、特種損、耐腐蝕、耐酸堿、抗氧化、絕緣、無(wú)磁性、 化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能，所以它常常用在金屬材料無(wú)法勝任的環(huán)境中。先進(jìn)陶瓷的用途前景廣闊，廣泛用在航天、 航空、軍工、核能、機(jī)械、紡織、化工、電子、食品、醫(yī)療等各行各業(yè)中。我們的先進(jìn)陶瓷產(chǎn)品材質(zhì)有氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)等。我們的產(chǎn)品有兩部分：一部分是陶瓷棒、管、套、板、塊、條等陶瓷材料，另一部分是工業(yè)用的精密陶瓷零件和民用產(chǎn)品。公司有先進(jìn)的陶瓷成型、燒結(jié)、加工一條龍?jiān)O(shè)備和技術(shù)。希望與海內(nèi)外客戶(hù)進(jìn)行廣泛的真誠(chéng)的合作。咨詢(xún)鈞杰陶瓷聯(lián)系電話(huà)：134 128 56568。

從產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)看，AlSiC可實(shí)現(xiàn)低成本的、無(wú)須進(jìn)一步加工的凈成形（net-shape）或需少量加工的近凈成形制造，還能與高散熱材料（金剛石、高熱傳導(dǎo)石墨等）的經(jīng)濟(jì)性并存集成，滿(mǎn)足大批量倒裝芯片封裝、微波電路模塊、光電封裝所需材料的熱穩(wěn)定性及散溫度均勻性要求，同時(shí)也是大功率晶體管、絕緣柵雙極晶體管的優(yōu)選封裝材料，提供良好的熱循環(huán)及可靠性。

此外，AlSiC可將多種電子封裝材料并存集成，用作封裝整體化，發(fā)展其他功能及用途。研制成功將高性能、散熱快的 Cu 基封裝材料塊（Cu-金剛石、Cu-石墨、Cu-BeO 等）嵌入SiC 預(yù)制件中，通過(guò)金屬 Al 熔滲制作并存集成的封裝基片。在 AlSiC 并存集成過(guò)程中，可在最需要的部位設(shè)置這些昂貴的快速散熱材料，降低成本，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，嵌有快速散熱材料的 AlSiC倒裝片系統(tǒng)正在接受測(cè)試和評(píng)估。另外，還可并存集成 48 號(hào)合金、 Kovar 和不銹鋼等材料，此類(lèi)材料或插件、引線、密封環(huán)、基片等，在熔滲之前插入 SiC 預(yù)成型件內(nèi)，在 AlSiC 復(fù)合成形過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)地完成并存集成，方便光電器件封裝的激光連接。采用噴射沉積技術(shù)，制備了內(nèi)部組織均勻、性能優(yōu)良、 Si 含量高達(dá) 70wt%（重量百分率）的高硅鋁合金 SiAl 封裝材料，高硅鋁合金 CE 牌號(hào)的性能如表 4 所示，由于其 CTE 與 Si、 GaAs 該匹配，也可用于射頻、微波電路的封裝及航空航天電子系統(tǒng)中，發(fā)展為一種輕質(zhì)金屬封裝材料。

封裝 AlSiC制備
SiC 顆粒與 Al 有良好的界面接合強(qiáng)度，復(fù)合后的 CTE 隨 SiC 含量的變化可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。由此決定了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，相繼開(kāi)發(fā)出多種制備方法。用于封裝 AlSiC 預(yù)制件的 SiC 顆粒大多在 1μm-80μm 范圍選擇，要求具有低密度、低 CTE，高彈性模量等特點(diǎn)，其熱導(dǎo)率因純度和制作方法的差異在 80W（m·K）-200W（m·K）之間變化?；w是強(qiáng)度的主要承載體，一般選用 6061、6063、2124、A356 等高強(qiáng)度 Al 合金，與 SiC 按一定比例和不同工藝結(jié)合成 AlSiC，解決 SiC與Al 潤(rùn)濕性差，高 SiC 含量難于機(jī)加工成型等問(wèn)題，成為理想的封裝材料。制備 500vol%-75vol%SiC 高含量的封裝用 AlSiC 多采用熔滲法，其實(shí)質(zhì)是粉末冶金法的延伸。它通過(guò)先制備一定密度、強(qiáng)度的多孔基體預(yù)制件，再滲以熔點(diǎn)比其低的進(jìn)入填充預(yù)制件，其理論基礎(chǔ)是在金屬液潤(rùn)濕多孔基體時(shí)，在毛細(xì)管力作用下，金屬液會(huì)沿顆粒間隙流動(dòng)填充多孔預(yù)制作孔隙，脫模無(wú)須機(jī)械加工，在其表面上覆蓋有一層 0.13mm-0.25mm 厚的完美 Al 合金層，按用途電鍍上 Ni、Au、Cd、Ag，供封裝用。

熔滲法是 AlSiC 制備的關(guān)鍵，一般分為有壓力滲透和無(wú)壓力滲透，前者根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中壓力施加的大小，方式的不同，又分為擠壓熔滲、氣壓壓力熔滲、離心熔滲鑄造法等，主要特點(diǎn)是需要真空和高壓設(shè)備，滲透時(shí)間較短，有效控制Al 與 SiC 的界面反應(yīng)，同時(shí)與精度的模具相配套，獲得適用性發(fā)展。后者是將Al 合錠放置在 SiC 預(yù)制件上，在合金熔點(diǎn)以上保溫， Al 合金液依托毛細(xì)管力的作用自發(fā)滲入預(yù)制件中，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，予以低成本制備，但產(chǎn)品的機(jī)械性能與熱性能略低，對(duì)基體合金的成份有較為嚴(yán)格的要求，浸透需要在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。粉末冶金法對(duì) SiC 體積分?jǐn)?shù)可在 15%-75%之間調(diào)節(jié)， SiC 承載量大，但較難實(shí)現(xiàn)。

/R 模塊封裝
機(jī)載雷達(dá)天線安裝在飛機(jī)萬(wàn)向支架上，采用機(jī)電方式掃描，其發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)是從美國(guó) F-22 開(kāi)始應(yīng)用有源電子掃描相控陣天線 AESA 體制，其探測(cè)距離如表 5 所示，研發(fā)出多種 AESA 系統(tǒng)。例如， APG-80 捷變波束雷達(dá)、多功能機(jī)頭相控陣一體化航電系統(tǒng)、到功能綜合射頻系統(tǒng)、綜合式射頻傳感器系統(tǒng)、 JSF傳感器系統(tǒng)等，所用 T/R（發(fā)/收）模塊封裝技術(shù)日趨成熟，每個(gè) T/R 模塊成本由研發(fā)初期的 10 萬(wàn)美元降至 600-800 美言，數(shù)年內(nèi)可降至約200美元，成為機(jī)載雷達(dá)的核心部分。幾乎所有的美國(guó)參戰(zhàn)飛機(jī)都有安裝新的或更新 AESA 計(jì)劃，使其作戰(zhàn)效能進(jìn)一步發(fā)揮，作多目標(biāo)威脅環(huán)境中先敵發(fā)現(xiàn)、發(fā)射、殺傷， F-22機(jī)載 AESA 雷達(dá)可同時(shí)探測(cè)跟蹤目標(biāo)數(shù)分別為空中30 個(gè)、地面 16、探測(cè)范圍為360 度全周向。

AESA 由數(shù)以千計(jì)的 T/R 模塊（有的高達(dá) 9000 個(gè)左右）構(gòu)成，在每個(gè) T/R 模塊內(nèi)部都有用 GaAs 技術(shù)制作的功率發(fā)射放大器、低噪聲接受放大器、 T/R 開(kāi)關(guān)、多功能增益/相位控制等電路芯片， 最終生產(chǎn)關(guān)鍵其封裝技術(shù)上，因機(jī)載對(duì)其體積與重量的限制極為苛刻。 AlSiC 集低熱脹、高導(dǎo)熱、輕質(zhì)于一體，采用 AlSiC外殼封裝 T/R 模塊，包括 S、 C、 X、 Ku 波段產(chǎn)品，可滿(mǎn)足實(shí)用需求。雷達(dá) APG-77是一部典型多功能、多工作方式雷達(dá)，其 AESA 直徑約 1m，用 2000 個(gè) T/R 模塊構(gòu)成，每個(gè) T/R 模塊輸出功率 10W，移相器 6 位，接受噪聲系數(shù) 2.9dB，體積6.4cm3，重 14.88g，平均故障間隔 MTBF20 萬(wàn) h，其發(fā)射功率比初期產(chǎn)品增加16 倍，接受噪聲系數(shù)降低 1 倍，體積重量減少 83%，成本下降 82%。以 1000 個(gè)T/R 模塊構(gòu)成機(jī)載 AESA 雷達(dá)為例，用 AlSiC 替代 Kovar，雷達(dá)重量可減輕 34kg，而熱導(dǎo)率比 Kovar 提高 10 余倍，且提高整機(jī)可靠性 MTBF 達(dá) 2000h 以上。試驗(yàn)表明，及時(shí) AESA 中 10%的 T/R 模塊產(chǎn)生故障，對(duì)系統(tǒng)無(wú)顯著影響， 30%失效時(shí)，仍可維持基本工作性能，具有所謂的"完美降級(jí)"能力。

本世紀(jì)初，美國(guó) AlSiC 年產(chǎn)量超過(guò) 100 萬(wàn)件， T/R 模塊由"磚"式封裝向很薄、邊長(zhǎng) 5cm 或更小方塊形的"瓦"式封裝發(fā)展，進(jìn)一步降低 T/R 模塊的尺寸、厚度，重量以及所產(chǎn)生的熱量。歐洲防務(wù)公司、法、英、德聯(lián)合開(kāi)發(fā)機(jī)載 AESA 及 T/R模塊技術(shù)，研制具有 1200 個(gè) T/R 模塊全尺寸樣機(jī)的試驗(yàn)工作，俄羅斯積極著手研制第 4 代戰(zhàn)斗機(jī)用 AESA 雷達(dá)，以色列、瑞典研制出輕型機(jī)載 AESA 預(yù)警雷達(dá)，機(jī)載 AESA 及 T/R 模塊市場(chǎng)持續(xù)升溫。
在國(guó)內(nèi)，隨著 AESA 產(chǎn)品的定型， T/R 模塊出現(xiàn)批量生產(chǎn)需求，其基板、殼體的生產(chǎn)極為關(guān)鍵，采用近凈成形技術(shù)，研制出小批量 T/R 模塊封裝外殼樣品。用無(wú)壓熔滲 AlSiC 制作基座替代 W-Cu 基座，封裝微波功率器件，按 GJB33A-97和 GJB128A-97 軍標(biāo)嚴(yán)格考核，器件的微波性能、熱性能無(wú)變化，可完全滿(mǎn)足應(yīng)用要求，前者的重量只及 W-Cu 基座的 20%，且成本僅為后者的 1/3 左右，有望在封裝領(lǐng)域大量替代 W-Cu， Mo-Cu 等材料。國(guó)產(chǎn) L 波段功率器件月批量生產(chǎn)累計(jì)上千只，實(shí)現(xiàn)某型號(hào)雷達(dá)全面國(guó)產(chǎn)化、固態(tài)化，今后幾年會(huì)持續(xù)批量生產(chǎn)， S、C 波段功率模塊怎樣低成本生產(chǎn)，將涉及 AlSiC 封裝材料的研發(fā)應(yīng)用。

倒裝芯片封裝
倒裝芯片封裝 FCP 技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于能大幅度提高差別的電性能、散熱效能，適合高引腳數(shù)、高速、多功能的器件。 AlSiC 的 CTE 能夠與介電襯底、焊球陣列、低溫?zé)Y(jié)陶瓷以及印刷電路板相匹配，同時(shí)其具有高熱傳導(dǎo)率、高強(qiáng)度和硬度，是倒裝焊蓋板的理想材料，為芯片提供高可靠保護(hù)。 AlSiC 可制作出復(fù)雜的外形，例如， AlSiC 外殼產(chǎn)品有多個(gè)空腔，可容納多塊芯片，用于提供器件連接支柱、填充材料的孔以及不同的凸緣設(shè)計(jì)。 AlSiC 外形表面支持不同的標(biāo)識(shí)和表面處理方法，包括激光打印、油漆、油墨、絲網(wǎng)印刷、電鍍，完全滿(mǎn)足 FCP 工藝要求。

功率器件封裝
大功率密度封裝中管芯所產(chǎn)生的熱量主要通過(guò)基板材料傳導(dǎo)到外殼而散發(fā)出去，上世紀(jì)九十年代中期， AlSiC 已用作功率放大器的基板，通過(guò)修改金屬 Al和 SiC 顆粒的比例，來(lái)匹配裸芯片或襯底的 CTE 值，從而防止空洞或剝離失效。事實(shí)表明， AlSiC 基板對(duì)于 Cu 基板系統(tǒng)有很好的可靠性，耐受成千上萬(wàn)次熱循環(huán)也不會(huì)失效，而 Cu 的可靠性達(dá)不到 1000 次熱循環(huán)，這從根本上解決功率器件散熱問(wèn)題，成為重要的功率器件封裝材料。寬禁帶半導(dǎo)體 SiC、 GaN 在芯片制造中的應(yīng)用顯示出很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，已制作高純度 100mm-150mm 的 GaN 圓片，在單位面積上可產(chǎn)生比其他器件高 6 倍的功率，帶寬達(dá)到 1GHz-40GHz。功率半導(dǎo)體和集成功率模塊技術(shù)方興未艾，AlSiC 封裝材料大有發(fā)展前景。

AlSiC 可制作出光電模塊封裝要求光學(xué)對(duì)準(zhǔn)非常關(guān)鍵的復(fù)雜幾何圖形，精確控制圖形尺寸，關(guān)鍵的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)部分無(wú)需額外的加工，保證光電器件的對(duì)接，降低成本。此外， AlSiC 有優(yōu)良的散熱性能，能保持溫度均勻性，并優(yōu)化冷卻器性能，改善光電器件的熱管理。