碳化硅顆粒增強鋁基複合材料（AlSiC)

鋁碳化硅AlSiC（SICP/Al或Al/SiC、SiC/Al）

是一種顆粒增強金屬基複合材料，採用Al合金作基體，按設計要求，以一定形式、比例和分布狀態，用SiC顆粒作增強體，構成有明顯界面的多組相複合材料，兼具單一金屬不具備的綜合優越性能。 中文名 鋁碳化硅 外文名 AlSiC 應用領域 航空航天,微波集成電路,功率模塊 Si含量 70wt% SiC體積佔比 50%-75% AlSiC研發較早，理論描述較為完善，有品種率先實現電子封裝材料的規模產業化，滿足半導體晶元集成度沿摩爾定律提高導致晶元發熱量急劇升高、使用壽命下降以及電子封裝的"輕薄微小"的發展需求。尤其在航空航天、微波集成電路、功率模塊、軍用射頻系統晶元等封裝分析作用極為凸現，成為封裝材料應用開發的重要趨勢。

　 封裝金屬基複合材料的增強體有數種，SiC是其中應用最為廣泛的一種，這是因為它具有優良的熱性能，用作顆粒磨料技術成熟，價格相對較低；另一方面，顆粒增強體材料具有各向同性，最有利於實現凈成形。AlSiC特性主要取決於SiC的體積分數（含量）及分布和粒度大小，以及Al合金成份。依據兩相比例或複合材料的熱處理狀態，可對材料熱物理與力學性能進行設計，從而滿足晶元封裝多方面的性能要求。其中，SiC體積分數尤為重要，實際應用時，AlSiC與晶元或陶瓷基體直接接觸，要求CTE儘可能匹配，為此SiC體積百分數vol通常為50%-75%。　此外，AlSiC可將多種電子封裝材料並存集成，用作封裝整體化，發展其他功能及用途。研製成功將高性能、散熱快的Cu基封裝材料塊（Cu-金剛石、Cu-石墨、Cu-BeO等）嵌入SiC預製件中，通過金屬Al熔滲製作並存集成的封裝基片。在AlSiC並存集成過程中，可在最需要的部位設置這些昂貴的快速散熱材料，降低成本，擴大生產規模，嵌有快速散熱材料的AlSiC倒裝片系統正在接受測試和評估。另外，還可並存集成48號合金、Kovar和不鏽鋼等材料，此類材料或插件、引線、密封環、基片等，在熔滲之前插入SiC預成型件內，在AlSiC複合成形過程中，經濟地完成並存集成，方便光電器件封裝的激光連接。　

採用噴射沉積技術，製備了內部組織均勻、性能優良、Si含量高達70wt%（重量百分率）的高硅鋁合金SiAl封裝材料，高硅鋁合金的CTE與Si、GaAs相匹配，也可用於射頻、微波電路的封裝及航空航天電子系統中，發展為一種輕質金屬封裝材料。 鋁碳化硅（AlSiC）金屬基熱管理複合材料，是電子元器件專用封裝材料，主要是指將鋁與高體積分數的碳化硅複合成為低密度、高導熱率和低膨脹係數的封裝 材料，以解決電子電路的熱失效問題。

AlSiC的性能特點 　

AlSiC具有高導熱率（180～240W/mK）和可調的熱膨脹係數（6.5～9.5×10-6/K），因此一方面AlSiC的熱膨脹係數與半導體晶元 和陶瓷基片實現良好的匹配，能夠防止疲勞失效的產生,甚至可以將功率晶元直接安裝到AlSiC基板上；另一方面AlSiC的熱導率是可伐合金的十倍，晶元 產生的熱量可以及時散發。這樣，整個元器件的可靠性和穩定性大大提高。 　

　 AlSiC是複合材料，其熱膨脹係數等性能可通過改變其組成而加以調整，因此產品可按用戶的具體要求而靈活地設計，能夠真正地做到量體裁衣，這是傳統的金 屬材料或陶瓷材料無法作到的。 　　

AlSiC的密度與鋁相當，比銅和Kovar輕得多，還不到Cu/W的五分之一，特別適合於攜帶型器件、航空航天和其他對重量敏感領域的應用。

　　 AlSiC的比剛度（剛度除以密度）是所有電子材料中最高的：是鋁的3倍，是W-Cu和Kovar的5倍，是銅的25倍，另外AlSiC的抗震性比陶瓷好，因此是惡劣環境（震動較大，如航天、汽車等領域）下的首選材料。

　　 AlSiC可以大批量加工，但加工的工藝取決於碳化硅的含量，可以用電火花、金剛石、激光等加工。

　　 AlSiC可以鍍鎳、金、錫等，表面也可以進行陽極氧化處理。

　　 金屬化的陶瓷基片可以釺焊到鍍好的AlSiC基板上，用粘結劑、樹脂可以將印製電路板芯與AlSiC粘合。

　　 AlSiC本身具有較好的氣密性。但是，與金屬或陶瓷封裝後的氣密性取決於合適的鍍層和焊接。

　　 AlSiC的物理性能及力學性能都是各向同性的。 使用AlSiC材料的意義

　　 可以使集成電路的封裝性能大幅提高，使用鋁碳化硅材料進行電子封裝，使封裝體與晶元的受熱膨脹相一致，並起到良好的導熱功能，解決了電路的熱失效問題；

　　 批量使用AlSiC材料，可以降低封裝成本。本公司對於長期和大批量的訂貨實行特別優惠，比目前使用W-Cu、Mo等貴金屬材料價格要便宜得多；

　　 有效改良我國航天、軍事、微波和其他功率微電子領域封裝技術水平，提高功能，降低成本，加快我國航天和軍工產品的先進化。例如，過去以可伐（Kovar） 材料作為器件封裝外殼的地方，如果換作鋁碳化硅外殼，重量就可減少為原來的三分之一，而導熱性能則增加為原來的十倍。

　　 AlSiC封裝材料的開發成功，標誌著中國企業不再是在封裝領域內一個單純的藍領和加工者的角色，而是已經有了自己的具備獨立技術內核的封裝領先產品，填 補了國內空白，在封裝領域內是一項巨大的技術進步；使用西安創正新材料有限公司生產的AlSiC,就是支持民族工業，為相關領域的國產化做貢獻。

優優越的性能使AlSiC比W-Cu、Mo、BeO、Kovar、Mo-Cu、AlN、AlSi、Al2O3等現用封裝材料具有更廣闊的越的性能使AlSiC比W-Cu、Mo、BeO、Kovar、Mo-Cu、AlN、AlSi、Al2O3等現用封裝材料具有更廣闊的使用空間 AlSiC材料的性能 AlSiC7牌號密度3.0±0.05 g/cm3;抗彎強度400MPa體積分數：70±3%熱導：≥180W/Mk,20℃）比熱：0.75J/gk,20℃電阻率：2.1 x10-5 W·cm線膨脹係數8.0±0.5x10-6(50-150℃)

AlSiC材料的應用 大功率率IGBT 散熱基板；LED封裝照明；航空航天；微電子；殼體封裝；民用飛機、高鐵等領域