1. introduction
L’exigence croissante imposée sur les matières de gestion thermique en microélectronique et semi-conducteurs entraîne le développement des composites à matrice métallique avancée (MMC) avec une conductivité thermique élevée (TC) pour dissiper efficacement la chaleur et adaptable coefficient de dilatation thermique (CTE) pour minimiser les contraintes thermiques. C’est d’une importance vitale pour améliorer la performance, le cycle de vie et la fiabilité des appareils électroniques.
Composites à matrice métallique avec la fraction de volume élevé de renfort sont attractifs compte tenu de la possibilité d’améliorer TC en l’utilisation de composants hauts de TC et la souplesse nécessaire pour ajuster la CTE en contrôlant le contenu de l’armature. Al et Cu ont été généralement utilisés comme matrice métallique en raison de leurs hautes TCs et les renforts en cause SiC, de carbone et de diamants. Sur la considération que les composites produits à partir de l’armature même ont des difficultés similaires pendant la fabrication, les matériaux composites à haute TC ont été divisés en trois catégories principales : les composites SiC/métal, C/métal et diamant/métal. Dû au fait que thermique spécifique conductivité (conductivité thermique divisée par densité) des composites Al-basé a été plus élevé que celui de Cu axée sur les matériaux composites, composites Al-basé sont plus souhaitables dans les applications avioniques où la légèreté est exigée.
Grande percée a été réalisée en composite de SiCp/Al, mais son TC est encore relativement faible pour de nombreuses applications thermiques. Avec l’intention d’augmenter encore les propriétés thermiques, les renforts (carbone et diamant) avec TC plus élevé ont été introduites. C/metal composite est attrayante en raison de sa facilité d’usinabilité, tandis que diamant/metal devient un hotspot pour sa très haute TC. Cependant, non mouillant caractéristique et indésirable réaction interfaciale faire beaucoup de mal sur le processus de fabrication et grandement limiter l’amélioration des propriétés thermiques des matériaux composites C/métal et diamant/métal. Améliorer la mouillabilité et optimisation structure interfaciale deviennent ainsi des enjeux difficiles. En outre, les composites à matrice métallique avancée sont difficiles à usiner en forme complexe. En réponse à ce problème, technologie forme près-net a été développée dans notre groupe par la combinaison de moulage par injection infiltration et poudre sans pression. Technique de soudure est un autre aspect important, mais peu de travail se fait surtout sur les composites à matrice Cu.
2. Propriétés Thermo physique
Thermo-physique propriétés ont été touchées par la matrice, de renforcement et de structure interfaciale. Interfaciale caractéristique peut être contrôlé par la modification de la matrice métallique, traitement de surface de l’armature et la sélection des paramètres de traitement approprié.
2.1. SiC/métal
SiCp/Al composites sont des matériaux d’emballages clé en ce moment. Les principaux problèmes rencontrés dans le traitement sont mauvaise mouillabilité au système SiC-Al et la réaction interfaciale indésirable :
2.2. carbone/métal
La facilité d’usinabilité est la plus belle propriété de composites carbone/métal, tandis que le goulot d’étranglement est leur faible valeur de TC.
2.3. diamond/métal
Diamant montre exceptionnellement élevé TC (600-2300 W / (m·) K)), mais le CT de diamant/métal n’a pas été pris en plein jeu.
3. le traitement de composite à matrice métallique
3.1. liquide infiltration
Infiltration de liquide fait en deux étapes principales : préparation et infiltration de métal en fusion dans les préformes en céramique poreuses de préformes.
3.2. métallurgie des poudres (PM) Itinéraire
Route de PM à l’état solide, le renforcement et la poudre de métal sont mélangés et consolidé en appuyant sur chaud, haute température et haute pression (HTHP) ou spark plasma frittage (SPS). HPHT produit les propriétés thermiques plus élevées dans le cas de composites C/métal et diamant/métal. SPS est favorable pour la répression de réaction interfaciale en raison de la basse température de frittage et de la vitesse de chauffage rapide. Revêtement métallique sur l’orifice de remplissage n’est nécessaire pour assurer une répartition homogène de l’armature et de supprimer la réaction interfaciale. Toutefois, les PM est limitée aux composants en forme simple avec faible teneur en renfort.
Solidification de 3.3.Rapid
4. traitement emballage électronique
Procédé d’emballage est un autre facteur important ayant une incidence sur la dissipation de la chaleur des matériaux d’emballage. Procédé d’emballage métallique classique se compose principalement de quatre étapes. Tout d’abord, les substrats Kovar et boîtiers Kovar sont brasés avec Ag-Cu alliage eutectique à environ 830 ° C pour former une cavité. Deuxièmement, l’alliage eutectique Au-Si on a recours pour attacher le dé dans la cavité. Au cours de ce processus, une préforme or est placée en haut de la cavité pendant le chauffage de l’emballage. Comme le dé est monté au-dessus de la préforme or, Si de l’arrière die diffuse dans l’or perform, entraînant la formation d’alliages Au-Si. Une autre diffusion de Si dans or préforme améliore le ratio Si-à-de l’alliage jusqu'à ce que le ratio eutectique est atteint. L’alliage eutectique Au-Si contient 2,85 % de Si et de fond à environ 363 ° C. Par conséquent, afin d’obtenir le point de fusion eutectique, normalement 380430 ° C, la température de die ci-joint doit être relativement élevée. La troisième étape est le fil de liaison qui complète le raccordement électrique entre les puce de silicium et externe du dispositif semi-conducteur à l’aide de câbles de liaison très fine. Enfin, axée sur le Sn soudure est utilisé pour sceller un couvercle pour le paquet à 200 à 330 ° C. Pour le brasage de composites avancés, les plus grands défis sont la finition de surface et processus de brasage.
4.1. finissage des composites
4.2. brasage des composites à matrice-Al
5. perspectives et recommandations
Composites à matrice métallique avancées sont loin d’être largement utilisé en raison de la limite de propriété de thermo-physique, fabrication, soudure technique et coût. L’avantage des composites carbone/métal et diamant/métal n’a pas été pris en plein jeu à cause de la forte résistance interfaciale. Recherche fondamentale sur l’amélioration de la mouillabilité, contrôle de structure interfaciale et le mécanisme de la conductivité thermique est d’une importance vitale. Nouveaux composites avec structure co-continue de renfort hybride doivent être soulignés. Près-net, la formation technique est également un facteur important. Poursuivre les améliorations dans la conception d’emballages et de processus, ainsi que nouvelles solutions d’emballage, sont nécessaires.