1. Einleitung
Die zunehmende Anforderung auferlegt Thermomanagement Materialien in der Mikroelektronik und Halbleiter treibt die Entwicklung von fortgeschrittenen Metall Matrix Composites (MMC) mit hoher Wärmeleitfähigkeit (TC), effektiv zerstreuen Hitze und tailorable Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK), thermische Belastungen zu minimieren. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Leistung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit von elektronischen Geräten zu verbessern.
Metal Matrix Composites mit hohen Volumenanteil der Bewehrung sind attraktiv im Hinblick auf die Möglichkeit, weitere TC durch den Einsatz von hoch-TC-Komponenten und die flexible Anpassung der CTE durch Kontrolle der Inhalte der Bewehrung zu verbessern. Al und Cu dienten in der Regel als Metall Matrix aufgrund ihrer hohen TCs und die Verstärkungen beteiligt, SiC, Kohlenstoff und Diamant. Auf der Überlegung, die die Komposite aus die gleiche Verstärkung gewonnen haben ähnliche Schwierigkeiten während der Fertigung, die Zusammensetzungen mit hohen TC wurden in drei Hauptkategorien unterteilt: SiC/Metall, C/Metall und Diamant/Metall-Verbundwerkstoffen. Aufgrund der Tatsache, dass bestimmte thermische Leitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit geteilt durch Dichte) von Al-based Composites war höher als der von Cu-Basis Composites, Verbundwerkstoffe auf der Basis von Al sind wünschenswerter Avionik Anwendungen wo geringes Gewicht gefordert.
Großer Durchbruch gelang in SiCp/Al-Composite, aber seine TC ist noch relativ niedrig für viele thermische Anwendungen. Mit der Absicht, thermische Eigenschaften weiter zu erhöhen wurden die Verstärkungen (Kohlenstoff und Diamant) mit höheren TC eingeführt. C/Metall-Komposit ist attraktiv wegen seiner Mühelosigkeit der Zerspanbarkeit, während Diamant/Metall ein Hotspot für seine extrem hohe TC wird. Jedoch nicht-Benetzung charakteristische und unerwünschte Grenzflächen Reaktion machen große Schwierigkeiten auf den Fertigungsprozess und stark einschränken, die Verbesserung der thermischen Eigenschaften von C/Metall und Diamant/Metall-Verbundwerkstoffen. So wird die Verbesserung der Benetzbarkeit und Optimierung Grenzflächen Struktur herausfordernden Themen. Darüber hinaus sind erweiterte Metall Matrix Composites in komplexer Form bearbeitet werden. In Reaktion auf dieses Problem wurde in der Nähe-Net-Shape-Technologie in unserer Gruppe durch die Kombination von drucklosen Infiltration und Pulver-Spritzgießen entwickelt. Hartlöten Technik ist ein weiterer wichtiger Aspekt, aber wenig Arbeit erfolgt vor allem über Cu-Matrix-Verbundwerkstoffe.
(2) Thermo-physikalische Eigenschaften
Thermophysikalischen Eigenschaften betroffen waren Matrix, Verstärkung und Grenzflächen Struktur. Grenzflächen Merkmal kann durch Änderung der Metall-Matrix, Oberflächenbehandlung der Bewehrung und Auswahl der geeigneten Verarbeitungsparameter gesteuert werden.
2.1. SiC/Metall-Verbundwerkstoffen
SiCp/Al-Verbundwerkstoffe sind die wichtigsten Verpackungsmaterialien zu diesem Zeitpunkt. Die wichtigsten Probleme bei der Verarbeitung sind schlechte Benetzbarkeit in SiC-Al-System und die unerwünschten Grenzflächen Reaktion:
2.2. Carbon/Metall-Verbundwerkstoffen
Die einfache Bearbeitbarkeit ist die attraktivste Eigenschaft der Kohlenstoff/Metall-Verbundwerkstoffen, während der Engpass ihre geringe Wert von TC ist.
2.3. Diamant/Metall-Verbundwerkstoffen
Diamant stellt außergewöhnlich hohe TC (600-2300 W / (m· (K)), aber die TC von Diamant/Metall-Verbundwerkstoffen ist nicht übernommen worden, voll zum tragen.
(3) die Verarbeitung von Metall-Matrix-composite
3.1. Flüssigkeit eindringen
Flüssige Infiltration beinhaltet zwei Hauptschritte: Vorform Vorbereitung und Infiltration von geschmolzenem Metall in porösen keramischen Preforms.
3.2. Pulvermetallurgie (PM)-route
Für Solid-State-PM Route Verstärkung und Metallpulver werden gemischt und verstärkt durch die heiße Pressen, Hochtemperatur- und Hochdruck (HTHP) oder Funke Plasma Sintern (SPS). HPHT produziert die höchsten thermischen Eigenschaften bei C/Metall und Diamant/Metall-Verbundwerkstoffen. SPS ist günstig für die Unterdrückung der Grenzflächen Reaktion aufgrund der niedrigeren Sintertemperatur und schnelle Aufheizgeschwindigkeit. Metallbeschichtung auf den Füller ist notwendig, homogene Verteilung der Bewehrung zu gewährleisten und die Grenzflächen Reaktion zu unterdrücken. PM ist jedoch beschränkt auf einfache-förmigen Komponenten mit niedrigem Gehalt an Verstärkung.
3.3.Rapid Verfestigung
(4) Electronic Packaging Verarbeitung
Verpackungsprozess ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die Wärmeabgabe des Verpackungsmaterials auswirkt. Konventionelle Metallverpackungen Prozess besteht hauptsächlich aus vier Schritten. Erstens sind Kovar Substrate und Kovar Gehäuse mit Ag-Cu eutektischen Legierung bei etwa 830 ° C um einen Hohlraum bilden gelötet. Zweitens wird die Au-Si eutektische Legierung genutzt, um den Würfel an den Hohlraum zu befestigen. Während dieses Prozesses eine gold-Vorform an der Spitze der Hohlraum befindet sich beim Heizen des Pakets. Da der Würfel über das gold Preform angebracht ist, diffundiert Si von der Rückseite sterben in gold durchführen, was zur Bildung von Au-Si-Legierung. Eine weitere Diffusion von Si in gold Preform verbessert das Si-Au-Verhältnis der Legierung bis der eutektische Verhältnis erreicht ist. Die Au-Si eutektische Legierung enthält 2,85 % Si und schmilzt bei ca. 363 ° C. Daher muss die Temperatur des angehängten sterben Erlangung der eutektischen Schmelzpunkt, normalerweise 380430 ° C relativ hoch sein. Der dritte Schritt ist Drahtbonden, die die elektrische Verbindung zwischen Silizium-Chip und externe führt von der Halbleiter-Gerät mithilfe von sehr feinen Bonddrähte ergänzt. Schließlich Sn-basierte Lötzinn verwendet wird, um einen Deckel für das Paket bei 200-330 ° c Dichtung Für das Hartlöten von advanced Composite sind die größten Herausforderungen Oberflächenveredelung und Löten Prozesse.
4.1. Oberflächenveredelung von composites
4.2. das Hartlöten von Al-Matrix Composites
5. Perspektiven und Empfehlungen
Erweiterte Metall Matrix Composites sind noch weit von breiten Gebrauch aufgrund der Begrenzung der Thermo-physikalische Eigenschaft, Herstellungsverfahren, Löten, Technik und Kosten. Der Vorteil von Kohlenstoff/Metall und Diamant/Metall-Verbundwerkstoffen wurden nicht voll zum tragen wegen der hohen Grenzflächen Widerstand unternommen. Grundlagenforschung zur Verbesserung der Benetzbarkeit, Steuerung von Grenzflächen Struktur und thermische Leitfähigkeit Mechanismus ist von entscheidender Bedeutung. Neuartige Verbundwerkstoffe mit co-kontinuierliche Struktur der Hybrid Bewehrung müssen hervorgehoben werden. In der Nähe von Net Umformtechnik ist auch ein entscheidendes Kriterium. Auch weiterhin Verbesserungen bei der Verpackungsgestaltung und Prozess, als auch neue Verpackungslösungen sind erforderlich.