朝展金属专业生产上等的双金属复合钢线 金属封装材料(可伐线,铜芯线 )(可伐,铜芯可伐)其复合钢丝中芯为无氧铜,外无缝套接4J50,4J29等膨胀可伐合金。
金属封装时采用金属作为壳体或底座,芯片直接或者通过基板安装在外壳或底座上,引线穿过金属壳体或底座,目前电子封装形式大多采用玻璃—金属封接技术。这种技术广泛用于混合电路的封装,主要是精密电子的专用气密封装,在许多领域,尤其是在**及航空航天领域得到了广泛的应用。 金属封装形式多样、加工灵活,可以和某些部件(如混合集成的A/D或D/A转换器)融合为一体,适合于低I/O数的单芯片和多芯片的用途,也适合于射频、微波、光电、声表面波和大功率器件,可以满足小批量、高可靠性的要求。此外,为解决封装的散热问题,各类封装也大多使用金属作为热沉和散热片。
1 传统金属封装材料及其局限性
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,它们的主要性能如下:
1.1 铜、铝
纯铜也称之为无氧高导铜(OFHC),电阻率1.72μΩ·cm,仅次于银。它的热导率为401W(m-1K-1),从传热的角度看,作为封装壳体是非常理想的,可以使用在需要高热导和/或高电导的封装里,然而,它的热膨胀系数高达16.5×10-6K-1,可以在刚性粘接的陶瓷基板上造成很大的热应力。
铝及其合金重量轻、价格低、易加工,具有很高的热导率,在25℃时为237W(m-1K-1),是常用的封装材料,通常可以作为微波集成电路(MIC)的壳体。但铝的热膨胀系数更高,为23.2×10-6K-1,与Si(4.1×10-6K-1)和GaAs(5.8 ×10-6K-1)相差很大,器件工作日寸的热循环常会产生较大的热应力,导致失效。
1.2 钨、钼
Mo的热膨胀系数为5.35×10-6K-1,与可伐和Al2O3非常匹配,它的热导率相当高,为138 W(m-K-1),故常作为气密封装的底座与可伐的侧墙焊接在一起,用在很多中、高功率密度的金属封装中。Mo作为底座的一个主要缺点在于平面度较差,另一个缺点是在于它重结晶后的脆性。W具有与Si和GaAs相近的热膨胀系数,且导热性很好,可用于芯片的支撑材料,但由于加工性、可焊性差,常需要在表面镀覆其他金属,使工艺变得复杂且可靠性差。W、Mo价格较为昂贵,不适合大量使用。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,它的热膨胀系数为12.6×10-6K-1,与陶瓷和半导体的热膨胀系数失配,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1J118)热导率仅为26.1 W(m-1K-1)。
1.4 可伐
可伐合金(Fe-29Ni-17Co,中国牌号4J29)的热膨胀系数与Si、GaAs以及Al2O3、BeO、AIN的热膨胀系数较为接近,具有良好的焊接性、加工性,能与硼硅硬玻璃匹配封接,在低功率密度的金属封装中得到*广泛的使用。但由于其热导率低,电阻率高,密度也较大,使其广泛应用受到了很大限制。 1.5 Cu/W和Cu/Mo
为了降低Cu的热膨胀系数,可以将铜与热膨胀系数数值较小的物质如Mo、W等复合,得到Cu/W及Cu/Mo金属-金属复合材料。这些材料具有高的导电、导热性能,同时融合W、Mo的低热膨胀系数、高硬度特性。Cu/W及Cu/Mo的热膨胀系数可以根据组元相对含量的变化进行调整,可以用作封装底座、热沉,还可以用作散热片。由于Cu-Mo和Cu-W之间不相溶或浸润性极差,况且二者的熔点相差很大,给材料制备带来了一些问题;如果制备的Cu/W及Cu/Mo致密程度不高,则气密性得不到保证,影响封装性能。另一个缺点是由于W的百分含量高而导致Cu/W密度太大,增加了封装重量。但密度大也使Cu/W具有对空间辐射总剂量(TID)环境的优良屏蔽作用,因为要获得同样的屏蔽作用,使用的铝厚度需要是Cu/W的16倍。
2. Cu基复合材料
纯铜具有较低的退火点,它制成的底座出现软化可以导致芯片和/或基板开裂。为了提高铜的退火点,可以在铜中加入少量Al2O3、锆、银、硅。这些物质可以使无氧高导铜的退火点从320℃升高到400℃,而热导率和电导率损失不大。
Cu基复合材料还可以采用C纤维、B纤维等、SiC颗粒、AlN颗粒等材料做增强体。如碳纤维(经高温处理可转化为石墨纤维)CTE在-1×10-6—2×10-6K-1,具有很高的弹性模量和轴向热导率,P120、P130碳纤维轴向的热导率分别为640W(m-1K-1)和1100W(m-1K-1),而用CVD方法生产的碳纤维其热导率高达2000W(m-1K-1)。因而用碳纤维(石墨纤维)增强的铜基复合材料在高功率密度应用领域很有吸引力。与铜复合的材料沿碳纤维长度方向CTE为-0.5×10-6K-1,热导率600-750W(m-1K-1),而垂直于碳纤维长度方向的CTE为8×10-6K-1,热导率为51-59W(m-1K-1),比沿纤维长度方向的热导率至少低一个数量级。所以用作封装的底座或散热片时,这种复合材料把热量带到下**时,并不十分有效,但是在散热方面是极为有效的。这与纤维本身的各向异性有关,纤维取向以及纤维体积分数都会影响复合材料的性能。
在Cu/Mo基础上生产用于玻璃与金属封接的铜芯引线,铜芯外边可以是52合金(Fe-50Ni,中国牌号4J50)、可伐合金(Fe-29Ni-17Co)、42-6合金(Fe-42Ni-6Cr,中国牌号4J6)和446不锈钢(Fe-24Cr)等膨胀材料。二者之间完全冶金结合,具有良好的机械强度、韧性和气密性,既提供了铜的高导电能力,又提供了膨胀材料与玻璃气密封接能力。铜芯与低膨胀合金半径可以是任何比值,标准比值是2:1和3:1。在比值为3:1时,铜芯引线的导电率为14%IACS,即电阻率为12μΩ·cm。3 结论
随着金属封装材料(可伐,铜芯可伐)朝着高性能、低成本、低密度和集成化方向的发展,对金属封装材料提出越来越高的要求,金属基复合材料将为此发挥着越来越重要的作用,因此,国内朝展高性能对金属基复合材料的研究将会加大力度。