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說一說傳統金屬封裝材料
2017-08-31

傳統金屬封裝材料有哪些?它的封裝有什么特點呢?下面科偉特小編就給大家詳細的講解一下。


傳統的封裝材料包括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所示。


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CTE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。為了減少陶瓷基板上的應力,設計者可以用幾個較小的基板來代替單一的大基板,分開布線。退火的純銅由于機械性能差,很少使用。加工硬化的純銅雖然有較高的屈服強度,但在外殼制造或密封時不高的溫度就會使它退火軟化,在進行機械沖擊或恒定加速度試驗時造成外殼底部永久變形。  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,通常可以作為微波集成電路(MIC)的殼體。但鋁的CTE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常會產生較大的熱應力,導致失效。雖然設計者可以采用類似銅的辦法解決這個問題,但銅、鋁與芯片、基板嚴重的熱失配,給封裝的熱設計帶來很大困難,影響了它們的廣泛使用。


 1.2 鎢、鉬  Mo的CTE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,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CTE為12.6×10-6K-1,與陶瓷和半導體的CTE失配,可與軟玻璃實現壓縮封接。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4J18)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CTE與Si、GaAs以及Al2O3、BeO、AIN的CTE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最廣泛的使用。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CTE,可以將銅與CTE數值較小的物質如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CTE、高硬度特性。Cu/W及Cu/Mo的CTE可以根據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。國內外已廣泛生產并用在大功率微波管、大功率激光二極管和一些大功率集成電路模塊上。表2和表3分別列出了美國Ametek公司的Cu/W和Cu/Mo復合材料的性能。


  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)環境的優良屏蔽作用,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。


    相信通過上面的講解,大家對傳統金屬封裝材料有了更深的了解,要是大家對這個感興趣,可以直接和科偉特的在線客服進行即時交流。歡迎廣大客戶前來咨詢和選購!

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