材料工作者在这些材料基础上研究和开发了很多种金属基复合材料(MMC),它们是以金属(如Mg、Al、Cu、Ti)或金属间化合物(如TiAl、NiAl)为基体,以颗粒、晶须、短纤维或连续纤维为增强体的一种复合材料。②材料制造灵活,价格不断降低,特别是可直接成形,避免了昂贵的加工费用和加工造成的材料损耗。与传统金属封装材料相比,它们主要有以下优点:①可以通过改变增强体的种类、体积分数、排列方式或改变基体合金,改变材料的热物理性能,满足封装热耗散的要求,甚至简化封装的设计;②材料制造灵活,价格不断降低,特别是可直接成形,避免了昂贵的加工费用和加工造成的材料损耗;金属基复合材料金属封装是采用金属作为壳体或底座,芯片直接或通过基板安装在外壳或底座上,引线穿过金属壳体或底座大多采用玻璃—金属封接技术的一种电子封装形式。它广泛用于混合电路的封装,主要是和定制的专用气密封装,在许多领域,尤其是在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。
金属封装外壳编程囊括了加工的工序设定、刀具选择,转速设定,刀具每次进给的距离等等。此外,不同产品的装夹方式不同,在加工前要设计好夹具,部分结构复杂产品需要做专门的夹具.为了减少陶瓷基板上的应力,设计者可以用几个较小的基板来代替单一的大基板,分开布线。退火的纯铜由于机械性能差,很少使用。加工硬化的纯铜虽然有较高的屈服强度,但在外壳制造或密封时不高的温度就会使它退火软化,在进行机械冲击或恒定加速度试验时造成外壳底部变形。这种材料具备高的导电性、传热性能,另外结合W、Mo的低CTE、高韧性特点。传统金属封装材料及其局限性芯片材料如Si、GaAs以及陶瓷基板材料如A12O3、BeO、AIN等的热膨胀系数(CTE)介于3×10-6-7×10-6K-1之间。金属封装材料为实现对芯片支撑、电连接、热耗散、机械和环境的保护,应具备以下的要求:①与芯片或陶瓷基板匹配的低热膨胀系数,减少或避免热应力的产生;
非常好的导热性,提供热耗散;③非常好的导电性,减少传输延迟;④良好的EMI/RFI屏蔽能力; ⑤较低的密度,足够的强度和硬度,良好的加工或成形性能;⑥可镀覆性、可焊性和耐蚀性,以实现与芯片、盖板、印制板的可靠结合、密封和环境的保护;⑦较低的成本。传统金属封装材料包括Al、Cu、Mo、W、钢、可伐合金以及Cu/W和Cu/Mo等金属封装外壳此外密度较大,不适合航空、航天用途。1.3 钢10号钢热导率为49.8 W(m-1K-1),大约是可伐合金的三倍,它的CTE为12.6×10-6K-1,与陶瓷和半导体的CTE失配,可与软玻璃实现压缩封接。不锈钢主要使用在需要耐腐蚀的气密封装里,不锈钢的热导率较低,如430不锈钢(Fe-18Cr,中国牌号4J18)热导率仅为26.1 W(m-1K-1)。这种材料已在金属封装中得到广泛使用,如美国Sinclair公司在功率器件的金属封装中使用Glidcop代替无氧高导铜作为底座。美国Sencitron公司在TO-254气密金属封装中使用陶瓷绝缘子与Glidcop引线封接。金属外壳制作工艺大致可以分为3种、一种是全CNC加工,一种是压铸,还有就是将CNC与压铸结合使用。
与传统式金属封装材料对比,他们关键有下列优势:①能够根据改变提高体的类型、体积分数、排序方法或改变常规铝合金,改变材料的热工艺性能,考虑封装热失配的规定,乃至简单化封装的设计方案;②材料生产制造灵便,价钱持续减少,非常是可立即成型,防止了价格昂贵的生产加工花费和生产加工导致的材料耗损;尽管设计师能够选用相近铜的方法处理这个问题,但铜、铝与集成ic、基钢板比较严重的热失配,给封装的热设计产生挺大艰难,危害了他们的普遍应用。1.2
钨、钼Mo的CTE为5.35×10-6K-1,与可伐和Al2O3十分配对,它的导热系数非常高,为138
W(m-K-1),所以做为气密性封装的基座与可伐的腋角电焊焊接在一起,用在许多中、高功率的金属封装中 Cu/W和Cu/Mo以便减少Cu的CTE,能够将铜与CTE标值较小的化学物质如Mo、W等复合型,获得Cu/W及Cu/Mo金属材料-金属材料复合型材料。这种材料具备高的导电性、传热性能,另外结合W、Mo的低CTE、高韧性特点。传统金属封装材料包括Al、Cu、Mo、W、钢、可伐合金以及Cu/W和Cu/Mo等 铜、铝纯铜也称之为无氧高导铜(OFHC),电阻率1.72μΩ·cm,仅次于银。Cu/W及Cu/Mo的CTE能够依据组元相对性成分的转变开展调节,能够用作封装基座、热沉,还能够用作散热器。
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