朝展金屬專業(yè)生產上等的雙金屬復合鋼線 金屬封裝材料(可伐線,銅芯線 )(可伐,銅芯可伐)其復合鋼絲中芯為無氧銅,外無縫套接4J50,4J29等膨脹可伐合金。
金屬封裝時采用金屬作為殼體或底座,芯片直接或者通過基板安裝在外殼或底座上,引線穿過金屬殼體或底座,目前電子封裝形式大多采用玻璃—金屬封接技術。這種技術廣泛用于混合電路的封裝,主要是精密電子的專用氣密封裝,在許多領域,尤其是在**及航空航天領域得到了廣泛的應用。 金屬封裝形式多樣、加工靈活,可以和某些部件(如混合集成的A/D或D/A轉換器)融合為一體,適合于低I/O數(shù)的單芯片和多芯片的用途,也適合于射頻、微波、光電、聲表面波和大功率器件,可以滿足小批量、高可靠性的要求。此外,為解決封裝的散熱問題,各類封裝也大多使用金屬作為熱沉和散熱片。 1 傳統(tǒng)金屬封裝材料及其局限性
傳統(tǒng)金屬封裝材料包括Al、Cu、Mo、W、鋼、可伐合金以及Cu/W和Cu/Mo等,它們的主要性能如下:
1.1 銅、鋁
純銅也稱之為無氧高導銅(OFHC),電阻率1.72μΩ·cm,僅次于銀。它的熱導率為401W(m-1K-1),從傳熱的角度看,作為封裝殼體是非常理想的,可以使用在需要高熱導和/或高電導的封裝里,然而,它的熱膨脹系數(shù)高達16.5×10-6K-1,可以在剛性粘接的陶瓷基板上造成很大的熱應力。
鋁及其合金重量輕、價格低、易加工,具有很高的熱導率,在25℃時為237W(m-1K-1),是常用的封裝材料,通??梢宰鳛槲⒉呻娐?MIC)的殼體。但鋁的熱膨脹系數(shù)更高,為23.2×10-6K-1,與Si(4.1×10-6K-1)和GaAs(5.8 ×10-6K-1)相差很大,器件工作日寸的熱循環(huán)常會產生較大的熱應力,導致失效。
1.2 鎢、鉬
Mo的熱膨脹系數(shù)為5.35×10-6K-1,與可伐和Al2O3非常匹配,它的熱導率相當高,為138 W(m-K-1),故常作為氣密封裝的底座與可伐的側墻焊接在一起,用在很多中、高功率密度的金屬封裝中。Mo作為底座的一個主要缺點在于平面度較差,另一個缺點是在于它重結晶后的脆性。W具有與Si和GaAs相近的熱膨脹系數(shù),且導熱性很好,可用于芯片的支撐材料,但由于加工性、可焊性差,常需要在表面鍍覆其他金屬,使工藝變得復雜且可靠性差。W、Mo價格較為昂貴,不適合大量使用。此外密度較大,不適合航空、航天用途。
1.3 鋼
10號鋼熱導率為49.8 W(m-1K-1),大約是可伐合金的三倍,它的熱膨脹系數(shù)為12.6×10-6K-1,與陶瓷和半導體的熱膨脹系數(shù)失配,可與軟玻璃實現(xiàn)壓縮封接。不銹鋼主要使用在需要耐腐蝕的氣密封裝里,不銹鋼的熱導率較低,如430不銹鋼(Fe-18Cr,中國牌號1J118)熱導率僅為26.1 W(m-1K-1)。
1.4 可伐
可伐合金(Fe-29Ni-17Co,中國牌號4J29)的熱膨脹系數(shù)與Si、GaAs以及Al2O3、BeO、AIN的熱膨脹系數(shù)較為接近,具有良好的焊接性、加工性,能與硼硅硬玻璃匹配封接,在低功率密度的金屬封裝中得到*廣泛的使用。但由于其熱導率低,電阻率高,密度也較大,使其廣泛應用受到了很大限制。 1.5 Cu/W和Cu/Mo
為了降低Cu的熱膨脹系數(shù),可以將銅與熱膨脹系數(shù)數(shù)值較小的物質如Mo、W等復合,得到Cu/W及Cu/Mo金屬-金屬復合材料。這些材料具有高的導電、導熱性能,同時融合W、Mo的低熱膨脹系數(shù)、高硬度特性。Cu/W及Cu/Mo的熱膨脹系數(shù)可以根據(jù)組元相對含量的變化進行調整,可以用作封裝底座、熱沉,還可以用作散熱片。由于Cu-Mo和Cu-W之間不相溶或浸潤性極差,況且二者的熔點相差很大,給材料制備帶來了一些問題;如果制備的Cu/W及Cu/Mo致密程度不高,則氣密性得不到保證,影響封裝性能。另一個缺點是由于W的百分含量高而導致Cu/W密度太大,增加了封裝重量。但密度大也使Cu/W具有對空間輻射總劑量(TID)環(huán)境的優(yōu)良屏蔽作用,因為要獲得同樣的屏蔽作用,使用的鋁厚度需要是Cu/W的16倍。
2. Cu基復合材料
純銅具有較低的退火點,它制成的底座出現(xiàn)軟化可以導致芯片和/或基板開裂。為了提高銅的退火點,可以在銅中加入少量Al2O3、鋯、銀、硅。這些物質可以使無氧高導銅的退火點從320℃升高到400℃,而熱導率和電導率損失不大。
Cu基復合材料還可以采用C纖維、B纖維等、SiC顆粒、AlN顆粒等材料做增強體。如碳纖維(經高溫處理可轉化為石墨纖維)CTE在-1×10-6—2×10-6K-1,具有很高的彈性模量和軸向熱導率,P120、P130碳纖維軸向的熱導率分別為640W(m-1K-1)和1100W(m-1K-1),而用CVD方法生產的碳纖維其熱導率高達2000W(m-1K-1)。因而用碳纖維(石墨纖維)增強的銅基復合材料在高功率密度應用領域很有吸引力。與銅復合的材料沿碳纖維長度方向CTE為-0.5×10-6K-1,熱導率600-750W(m-1K-1),而垂直于碳纖維長度方向的CTE為8×10-6K-1,熱導率為51-59W(m-1K-1),比沿纖維長度方向的熱導率至少低一個數(shù)量級。所以用作封裝的底座或散熱片時,這種復合材料把熱量帶到下**時,并不十分有效,但是在散熱方面是極為有效的。這與纖維本身的各向異性有關,纖維取向以及纖維體積分數(shù)都會影響復合材料的性能。
在Cu/Mo基礎上生產用于玻璃與金屬封接的銅芯引線,銅芯外邊可以是52合金(Fe-50Ni,中國牌號4J50)、可伐合金(Fe-29Ni-17Co)、42-6合金(Fe-42Ni-6Cr,中國牌號4J6)和446不銹鋼(Fe-24Cr)等膨脹材料。二者之間完全冶金結合,具有良好的機械強度、韌性和氣密性,既提供了銅的高導電能力,又提供了膨脹材料與玻璃氣密封接能力。銅芯與低膨脹合金半徑可以是任何比值,標準比值是2:1和3:1。在比值為3:1時,銅芯引線的導電率為14%IACS,即電阻率為12μΩ·cm。3 結論
隨著金屬封裝材料(可伐,銅芯可伐)朝著高性能、低成本、低密度和集成化方向的發(fā)展,對金屬封裝材料提出越來越高的要求,金屬基復合材料將為此發(fā)揮著越來越重要的作用,因此,國內朝展高性能對金屬基復合材料的研究將會加大力度。