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鄒小(xiao)姐：13326633089 -
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隨著通(tong)訊技術(shu)的迭代升(sheng)級，半導體(ti)器件的迅速發(fa)展，芯片(pian)集成(cheng)電路密(mi)度不斷增加，器(qi)件性(xing)能不斷提高，散(san)熱問題(ti)成(cheng)了(le)迫(po)切解決(jue)的問題(ti)和行業(ye)熱點，對散(san)熱新(xin)材(cai)料也提出了(le)更(geng)高性(xing)能的要(yao)求。于(yu)是，超高(gao)導熱材料的(de)隨之爆發，引起(qi)學術、產業研究熱潮。
其中，高導熱金屬(shu)基復合材料結合了金屬(shu)材料和無(wu)機非金屬(shu)材料的(de)性能(neng)，表現出高(gao)(gao)熱(re)導率、高(gao)(gao)強度、低密度和熱(re)膨脹(zhang)系數可調等綜合優勢，有望解決(jue)未(wei)(wei)來(lai)高(gao)(gao)性能(neng)電(dian)子(zi)器件(jian)的(de)熱(re)管理難(nan)題(ti)，未(wei)(wei)來(lai)10年或可大規模應用于電力電子、微波通信、軌道交通和航空航天等領域。
常(chang)用熱管(guan)理材料熱導率(lv)-熱膨脹系數分布
電子(zi)封(feng)裝對熱管理材(cai)料性能的總體要(yao)求
傳(chuan)統的(de)應(ying)用(yong)于電子封裝(zhuang)領域(yu)的(de)導熱材料主要包括Al2O3、W/Cu、Mo/Cu、Invar合金、Kovar合金和AlN等，這些材料由于導熱率低或熱膨脹系數高等原因已不能滿足應用要求，對(dui)電子器件正常工作效(xiao)率和(he)使用壽命構成巨大威脅(xie)，尤(you)其是以高功率的絕緣柵雙極型晶體管( IGBT) 、微波、電磁、光電等器件為典型應用的高科技技術領域和以有源相控陣雷達、高能固體激光器等為典型應用的國防技術領域的迫切應用需求。
常用電子封裝材料的熱學性(xing)能
電(dian)子(zi)封裝對熱管理材料性能的總體(ti)要求包括:
（1）熱膨脹系數(CTE)與(yu)半導體材料（硅、砷(shen)化鎵(jia)、氮(dan)化鎵、碳化(hua)硅等）匹(pi)配或接近：減小與半導(dao)體(ti)之間的熱(re)應力(li)，避免熱應力失效；
（2）高熱導率：能(neng)將半導體產生的熱量及時均勻(yun)化并(bing)散(san)除到環境中；
（3）足夠的強(qiang)度?剛度和韌性：對半(ban)導(dao)體和器(qi)件起(qi)到良好的支撐和保護作(zuo)用(yong)；
（4）高氣密性：抵御外部高溫、高(gao)濕、腐蝕或(huo)交(jiao)變(bian)條件等有(you)害環境，構筑高可靠性工作(zuo)空間(jian)；
（5）成(cheng)型性(xing)與表(biao)面控制：易加(jia)工(gong)成型或(huo)可近終成型(xing)，并滿(man)足表面質量(liang)控制要(yao)求(qiu)（鍍(du)金、粗糙(cao)度、平整度等）；
（6）輕質化：密(mi)度(du)盡可能低，利于器件的結構(gou)輕量化設計(ji)；
（7）其他特殊要求：如功能特性要求（電磁/射頻/輻射屏蔽(bi)、導電/絕緣等(deng)），成(cheng)本(ben)控制(zhi)與競爭(zheng)性要求(qiu)（成品率高、適于批量生產(chan)、價格(ge)低等(deng)）。
高(gao)導熱金(jin)屬基復合材料的制備
金屬(shu)基(ji)復合(he)材料(Metal Matrix Composites，MMC)是以(yi)具(ju)有(you)較高導熱率的(de)金(jin)屬為基體(ti)，以具有較高導熱率無(wu)機(ji)非金屬的纖維、晶須、顆(ke)粒或(huo)納(na)米顆(ke)粒等為增(zeng)強體，經復(fu)合而成的新材料，是現代(dai)最具競爭優勢的新型熱管理材料。
鋁、銅、鎂因其相對較高的熱(re)導率、較低的密度以(yi)及優(you)異(yi)的加工性，目(mu)前已經(jing)成為熱(re)管理用金屬基復材的主(zhu)流基體，常用的增強相主(zhu)要包(bao)括增強體主(zhu)要是各種形(xing)式的碳材料（碳(tan)纖(xian)維、熱(re)解石墨、金剛石顆粒(li)）、碳化硅顆(ke)(ke)粒、硅顆(ke)(ke)粒等(deng)。
（1）金屬基復合材料的制備方法
針對金屬基復合材料的(de)制備(bei)方(fang)法已(yi)經形成了(le)多種體系，包括(kuo)固相法、液相法、氣態法、原(yuan)位生成法等(deng)。
金屬基復(fu)合材料制備方法
與其他金屬基復合材(cai)料相(xiang)比，“碳金復材”中碳材料(liao)與金(jin)屬基體(ti)的浸潤性(xing)較差(cha)，若制備方法不當得(de)到的復合材料的熱(re)導率(lv)反而(er)低(di)于金(jin)屬基(ji)體本(ben)身。國內外(wai)研(yan)制“碳(tan)金復材”時，多(duo)采(cai)用壓力浸(jin)滲法，以獲(huo)得更(geng)強(qiang)的界面結合強(qiang)度(du)。
壓(ya)力浸滲法是指通過(guo)施(shi)加壓(ya)力（真空壓力(li)(li)或自排氣壓力(li)(li)），突破增(zeng)強體的表面張力將金屬(shu)液體(ti)滲透進增強體(ti)預制件中，然后凝(ning)固成型的方法(fa)，其具有適用性高、界面強(qiang)(qiang)度(du)高(gao)和可定(ding)制性高(gao)的優(you)勢，增(zeng)強(qiang)(qiang)體的體積分(fen)數通(tong)常可達到(dao)50%~80%。該方法(fa)應用于“碳(tan)金復(fu)材”，易于獲得高強度、高導熱(re)、低膨脹(zhang)等特性(xing)的近凈(jing)成型產(chan)品，可免(mian)于后續(xu)的復雜(za)加工過(guo)程(cheng)，可廣泛應(ying)用于電子封裝和航空航天等領域的散熱器(qi)件?
（2）影響金屬基復合材料導熱性能的主要因素
增強體的(de)物性（種類(lei)、含量、尺寸）、金(jin)屬基體的(de)物性（種(zhong)類、純度）、增強體(ti)/基體的復合界面熱導及增強體在基體中的空間分布是主要(yao)影響金屬基復合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)導熱性能(neng)的(de)因素。其中，復合(he)(he)界(jie)面始終是決定金屬基復合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)導熱性能(neng)的(de)關鍵因素，納米尺度界面改性(xing)設(she)計可能是(shi)未來進一步提高金(jin)屬基復合(he)材料(liao)熱(re)導率的(de)一個重(zhong)要途徑。
常見的金屬基復(fu)合材料
（1）鋁基復合材(cai)料
鋁基(ji)復合(he)材料在金屬基(ji)復合(he)材料中發展(zhan)最成熟，主要包(bao)括硅/鋁(Sip/Al)、碳纖維(wei)/鋁(lv)(Cf/Al)、碳化硅/鋁(lv)(SiCp/Al)、金剛石/鋁(lv)(Diamond/Al)等，不僅比強度(du)、比剛度(du)高，而且導熱性能好(hao)、熱膨脹(zhang)系數可調、密度低，在航空航天、交(jiao)通(tong)運輸及其他(ta)移動系統等(deng)結構輕量化應(ying)用領域極具競(jing)爭(zheng)優勢，尤其是Sip/Al和SiCp/Al復合材料在國內外已得到廣泛應用。
電子封裝(zhuang)用SiCp/Al復合材料
（2）銅基復合材(cai)料
純銅(tong)導電性好(hao)，熱導率(lv)高(385～400W/m·K)，約為純鋁的1.7倍，熱膨(peng)脹(zhang)系數也(ye)低于純鋁(lv)。與鋁(lv)基復(fu)合材料相比，銅(tong)基復(fu)合材料只(zhi)需(xu)添加更少量增強體，熱膨脹系數即(ji)可(ke)與半導體相(xiang)匹(pi)配，并易于獲得更高熱導率(lv)。
更為重要(yao)的是，銅基復合材(cai)料不僅可集成高導(dao)熱、低膨脹系數以滿足熱管理功能特性，還具有良(liang)好的耐熱(re)、耐蝕與化學穩定性，可(ke)在更大程度(du)上滿(man)足高溫(wen)、腐蝕(shi)環境(jing)等(deng)極端(duan)服役條件的要求，如核電(dian)工程、酸堿及干(gan)濕冷熱交替(ti)的大氣環(huan)境(jing)等。
因此(ci)，在(zai)密度非第一考慮要素時，銅基復合材料(liao)往往是先進熱管理材料(liao)的理想選擇，尤其是金(jin)剛石(shi)/銅(Diamond/Cu)復(fu)合材料(liao)，近年來已發(fa)展成為金屬基(ji)復(fu)合材料(liao)的研究(jiu)熱點(dian)之一。然(ran)而，銅(tong)密度高，且與增強(qiang)體之間存在界面結(jie)合(he)和潤濕性問題，嚴重阻礙了(le)其性能提升與熱管理應用，目前已得到研究者的廣泛關注。
C/Cu導熱復合(he)材料(liao)
（3）輕質鎂基復(fu)合材料
與(yu)Al、Cu相(xiang)比，Mg具(ju)有更低的(de)密(mi)度(du)，但其(qi)熱導(dao)率(lv)也可達到150W/m·K，尤其(qi)通過高(gao)導(dao)熱碳纖維、金剛石顆粒復(fu)合(he)強化，進(jin)一步提高(gao)熱導(dao)率(lv)的(de)同時，降(jiang)低其(qi)熱膨脹系數，從而使熱管理用(yong)(yong)金屬基復(fu)合(he)材料進(jin)一步提高(gao)比熱導(dao)，促進(jin)輕(qing)量化領域應用(yong)(yong)。
事實上(shang)，日本住(zhu)友電(dian)工已提(ti)供SiCp/Mg復合材料熱管理產品，熱導率(230W/m·K)比SiCp/Al復合材料產品提高15%以上，同時密度可降低6%以上，從而比熱導率提高18%以上，對航天領域的輕量化設計而言有著特殊的重要意義。
總結
隨著半導(dao)(dao)體器件功率密度的不(bu)斷攀升，對熱(re)管理(li)材料(liao)熱(re)導(dao)(dao)率提出了更高(gao)要求，具有超高(gao)熱(re)導(dao)(dao)率的新一代封裝材料金屬/金剛石、金屬/石墨復材開始(shi)進入了人們(men)的視野，產業(ye)化趨勢明(ming)朗(lang)。
近年來，以“碳(tan)金復(fu)材”為代(dai)表(biao)的高性能(neng)(neng)金屬基(ji)復(fu)合材料，正朝著高散熱(re)(re)性能(neng)(neng)、低熱(re)(re)膨脹、高強韌、超(chao)薄等(deng)方向快速發(fa)(fa)展，有望突破國(guo)家重大戰(zhan)略需求(qiu)如航天、電(dian)子(zi)通訊及(ji)器(qi)件等(deng)領(ling)域(yu)的技(ji)術發(fa)(fa)展中面臨(lin)的高功率密度(du)電(dian)子(zi)器(qi)件散熱(re)(re)瓶頸問題。
電(dian)子封裝產(chan)業鏈結構(gou)
隨著“碳中和、碳達峰”政策的進一步落地，寬禁帶半導體、化合物半導體將迎來需求的爆發，相關器件將向高性能、低功耗方向快速發展；同時隨著國際形(xing)勢的不斷(duan)變化，以(yi)及對太空探索的進一步(bu)推(tui)進，國防與(yu)航天等領(ling)域對器件性(xing)能將提(ti)出更高要求。未來(lai)數年，高熱(re)導率(lv)金屬基復合(he)材(cai)料將迎來(lai)黃金發展期(qi)，真(zhen)正迎來(lai)大規模(mo)的產業化。
粉體圈整(zheng)理
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