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微电子封装热沉材料研究进展分析
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来源:《科学与技术》2020年第21期   作者:吕翔

摘要

随着经济的发展和社会的进步,科学技术也取得了长足的发展,这给我们的生产和生活都带来了前所未有的进步,尤其是进入21世纪以来,计算机技术和信息技术的发展更是改变了我们的生活方式。在信息技术高速发展的过程中,微电子技术开始出现并逐渐成为我国科技发展的主流。微电子技术的发展程度越来越高,随着技术的发展微电子技术相应的功率密度越来越大,但是人们又对微电子封装热沉材料的可靠性和性价比提出了疑问和更高的要求。目前微电子技术的发展已经越来越顺利,而且由于微电子技术的发展与现在被广泛使用的电子器具功率大小有着紧密的联系,除此之外,微电子封装热沉材料的功能还有吸收电子元件散发的多余的热量,然后将这些多余的热量传递向温度较低的环境,这样可以保证电子元器件可以保持在一个适宜的温度下工作。新时代科学技术的发展促进了微电子封装热沉材料研究的进展,本文通过分析目前存在的一些微电子封装热沉材料的组织结构和性能特点,了解不同微电子封装热沉材料的优势和劣势,在此基础上对微电子封装热沉材料研究未来进行展望。

        关键词:微电子;热沉材料;进展

        随着科学技术的不断发展,越来越多的电器被应用于我们的工作和生活过程中,这些电器都是采取微电子集成电路,但是这样的集成电路由于自身高度密集,而且一些微小元件在工作过程中还会产生大量热量,封装热沉材料的散热功能有限,这是微电子集成电路出现故障的重要原因。新时代科学技术的发展微电子封装热沉材料已经从传统的面向器件转为面向系统,封装技术的发展也走向了新的发展趋势。为了满足新时代人们对于微电子封装热沉材料的新的追求,新型微电子封装热沉材料对于其性能有了更高的要求,其作用也越来越多。我国在微电子封装热沉材料的发展较一些西方的发达国家还有一定差距,但是我国一直在不断发展和努力以缩短与其他国家微电子封装热沉材料研究进展。本文将从微电子封装热沉材料的发展情况入手,展望微电子封装热沉材料的发展和未来。

一、微电子封装热沉材料研究现状

        随着社会信息化程度的不断提高,世界微电子技术越来越先进,而且微电子技术的电子材料集成度随着技术的提高而不断提高,电子元器件的相对功率获得了极大程度的提高,这样的发展给封装热沉材料可靠性和性价比提出了更高的要求。随着研究的不断深入,人们认为提高电子元器件功率的关键在于提高封装热沉材料的可靠性,因此我们需要不断推进微电子封装热沉材料的研究进展以满足人们对于电子元器件的需求,而我们之所以选择发展微电子热沉封装材料是因为微电子封装材料所具有的两个优势:其一,微电子热沉材料可以吸收电子元器件散发的热量;其二,微电子热沉材料可以把吸收电子元器件的热量传递到低温环境中,使得电子元器件的各部分能够保持在一个温度适宜的环境中工作。

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功率半导体封装管壳 来源:安泰天龙

        不同的热沉材料所具有的优势各不相同,作为金属热沉材料,由于其需要对完成芯片支撑、电连接、散热和环境保护的职责,因此我们对金属热沉材料的要求是:第一,具有较低的热膨胀系数以满足金属热沉材料与芯片匹配的职责;第二,金属的导热性要好以保证散热;第三,导电性强,这是保证电子元器件稳定工作的关键;第四,良好的加工和成形能力是电子金属热沉材料应用于电子器具的基础;第五,耐腐蚀性、可焊性等特点是为了保障金属热沉材料的使用年限;最后还要保证金属热沉材料的气密性。我们了解到金属热沉材料具有热膨胀系数,而热膨胀系数之间的差异会导致电子元器件内出现热应力,甚至导致电子元器件的形变。因此作为封装热沉材料一定要对其热膨胀系数是否合理做出判断。而金属热沉材料由于良好的特性一直深受电子工程师的欢迎,金属热沉材料也被广泛应用于电子元器件的制造过程中。

二、微电子封装热沉材料

        我国微电子封装热沉材料研究已经取得了长足的发展和进步,而且我国也逐渐找到了合适做微电子封装热沉材料的一些金属,例如:因瓦合金、可伐合金等,这些金属材料各有优势和劣势,接下来我们将通过了解几种微电子封装热沉材料来分析我国微电子封装热沉材料的研究现状。

        2.1 钼铜合金与钨铜合金

        金属铜可以与金属钨和钼以任何比例混合,钨铜合金和钼铜合金都是良好的微电子封装热沉材料之一,两种不同的金属混合可以满足不同的热膨胀系数的需求,而且这两种合金各有优势,钨铜合金的热导率增强,而钼铜合金的密度降低,具有良好的质量优势。这类材料通常会采用混粉法和熔掺法进行制备,这种制备方式使得合金密度增加,稳定性也随之增加。


        2.2 CMC
       CMC是一种复合型材料,其包含三层材料,上下表面是金属铜,中间一层是金属钼,而且我们还可以通过调节三层金属材料的不同厚度比例以满足不同的热膨胀系数需求。CMC的制备采取的是爆炸复合法和轧制法以保证三层材料之间紧密结合。

        2.3 CPC
        与CMC相似,COC也是一种三层复合型材料,上下表面是金属铜,而中间一层是钼铜合金,这样大大提高了材料的导热率,其制备方式与CMC相同,与CMC相同,CPC也要求三层之间紧密结合,而且要求每层厚度保持均匀一致。


        三、微电子封装热沉材料研究的发展


        随着信息化程度的不断提高,电子元器件制作的复杂程度也不断提高,对微电子封装热沉材料性能要求也在不断提高。实际上我国微电子封装热沉材料的开始和发展与西方发达国家时间相近,但是由于科学技术的差距,使得我国微电子封装热沉材料的发展一直落后于西方国家,但是近些年来我国对热沉材料的研究取得了巨大的成果,而且微电子封装热沉材料是大功率电子元器件运行的基础,因此国内外对此都有很高的需求量,面对广阔的国际市场,我国科研人员通过夜以继日的努力,不但推出新产品,更是将微电子封装热沉材料做成高端产品,而且技术已经达到了国际顶尖水平。钨钼金属基热沉材料的发展更是推动我国封装热沉材料的发展和进步,相信在不久的将来,我国微电子封装热沉材料的研究一定会处于世界顶尖位置,在国际拥有超强的核心竞争力。


        四、结束语


        微电子封装热沉材料的研究可以有效提高电子元器件的功率,因此国内外对热沉材料的需求量都很高,过去虽然我国在这方面的发展落后于国际水平,但是通过我国科研人员的不断努力,我国微电子封装热沉材料研究进展取得进步,彻底打破了国际市场对微电子封装热沉材料的垄断局面,增强了我国微电子封装热沉材料在国际市场的核心竞争力。


参考文献

[1]杨义兵,韩蕊蕊.微电子封装热沉材料研究进展[J].真空电子技术,2019(02):14-18+23.
[2]刘林杰,崔朝探,高岭.一种新型封装材料的热耗散能力分析与验证[J].半导体技术,2016,41(08):631-635.
[3]黄丽枚,罗来马,丁孝禹,罗广南,昝祥,洪雨,吴玉程.钨铜复合材料的研究进展[J].机械工程材料,2014,38(04):1-6+1



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