鋁基碳化硅材料可以用來做什么

將SiC與Al合金按一定比例和工藝結合成 AlSiC 后，可克服目前金屬封裝材料的不足，獲得高K值、低 CTE、高強度、低密度導電性好的封裝材料。鈞杰陶瓷先進陶瓷與金屬相比，具有高硬度、高強度、耐高溫（耐火）、特種損、耐腐蝕、耐酸堿、抗氧化、絕緣、無磁性、 化學穩定性好等優異性能，所以它常常用在金屬材料無法勝任的環境中。先進陶瓷的用途前景廣闊，廣泛用在航天、 航空、軍工、核能、機械、紡織、化工、電子、食品、醫療等各行各業中。我們的先進陶瓷產品材質有氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)等。我們的產品有兩部分：一部分是陶瓷棒、管、套、板、塊、條等陶瓷材料，另一部分是工業用的精密陶瓷零件和民用產品。公司有先進的陶瓷成型、燒結、加工一條龍設備和技術。希望與海內外客戶進行廣泛的真誠的合作。咨詢鈞杰陶瓷聯系電話：134 128 56568。

從產業化趨勢看，AlSiC可實現低成本的、無須進一步加工的凈成形（net-shape）或需少量加工的近凈成形制造，還能與高散熱材料（金剛石、高熱傳導石墨等）的經濟性并存集成，滿足大批量倒裝芯片封裝、微波電路模塊、光電封裝所需材料的熱穩定性及散溫度均勻性要求，同時也是大功率晶體管、絕緣柵雙極晶體管的優選封裝材料，提供良好的熱循環及可靠性。

此外，AlSiC可將多種電子封裝材料并存集成，用作封裝整體化，發展其他功能及用途。研制成功將高性能、散熱快的 Cu 基封裝材料塊（Cu-金剛石、Cu-石墨、Cu-BeO 等）嵌入SiC 預制件中，通過金屬 Al 熔滲制作并存集成的封裝基片。在 AlSiC 并存集成過程中，可在最需要的部位設置這些昂貴的快速散熱材料，降低成本，擴大生產規模，嵌有快速散熱材料的 AlSiC倒裝片系統正在接受測試和評估。另外，還可并存集成 48 號合金、 Kovar 和不銹鋼等材料，此類材料或插件、引線、密封環、基片等，在熔滲之前插入 SiC 預成型件內，在 AlSiC 復合成形過程中，經濟地完成并存集成，方便光電器件封裝的激光連接。采用噴射沉積技術，制備了內部組織均勻、性能優良、 Si 含量高達 70wt%（重量百分率）的高硅鋁合金 SiAl 封裝材料，高硅鋁合金 CE 牌號的性能如表 4 所示，由于其 CTE 與 Si、 GaAs 該匹配，也可用于射頻、微波電路的封裝及航空航天電子系統中，發展為一種輕質金屬封裝材料。

封裝 AlSiC制備
SiC 顆粒與 Al 有良好的界面接合強度，復合后的 CTE 隨 SiC 含量的變化可在一定范圍內進行調節。由此決定了產品的競爭力，相繼開發出多種制備方法。用于封裝 AlSiC 預制件的 SiC 顆粒大多在 1μm-80μm 范圍選擇，要求具有低密度、低 CTE，高彈性模量等特點，其熱導率因純度和制作方法的差異在 80W（m·K）-200W（m·K）之間變化。基體是強度的主要承載體，一般選用 6061、6063、2124、A356 等高強度 Al 合金，與 SiC 按一定比例和不同工藝結合成 AlSiC，解決 SiC與Al 潤濕性差，高 SiC 含量難于機加工成型等問題，成為理想的封裝材料。制備 500vol%-75vol%SiC 高含量的封裝用 AlSiC 多采用熔滲法，其實質是粉末冶金法的延伸。它通過先制備一定密度、強度的多孔基體預制件，再滲以熔點比其低的進入填充預制件，其理論基礎是在金屬液潤濕多孔基體時，在毛細管力作用下，金屬液會沿顆粒間隙流動填充多孔預制作孔隙，脫模無須機械加工，在其表面上覆蓋有一層 0.13mm-0.25mm 厚的完美 Al 合金層，按用途電鍍上 Ni、Au、Cd、Ag，供封裝用。

熔滲法是 AlSiC 制備的關鍵，一般分為有壓力滲透和無壓力滲透，前者根據生產過程中壓力施加的大小，方式的不同，又分為擠壓熔滲、氣壓壓力熔滲、離心熔滲鑄造法等，主要特點是需要真空和高壓設備，滲透時間較短，有效控制Al 與 SiC 的界面反應，同時與精度的模具相配套，獲得適用性發展。后者是將Al 合錠放置在 SiC 預制件上，在合金熔點以上保溫， Al 合金液依托毛細管力的作用自發滲入預制件中，所需設備簡單，予以低成本制備，但產品的機械性能與熱性能略低，對基體合金的成份有較為嚴格的要求，浸透需要在保護氣氛中進行。粉末冶金法對 SiC 體積分數可在 15%-75%之間調節， SiC 承載量大，但較難實現。

/R 模塊封裝
機載雷達天線安裝在飛機萬向支架上，采用機電方式掃描，其發展的重要轉折點是從美國 F-22 開始應用有源電子掃描相控陣天線 AESA 體制，其探測距離如表 5 所示，研發出多種 AESA 系統。例如， APG-80 捷變波束雷達、多功能機頭相控陣一體化航電系統、到功能綜合射頻系統、綜合式射頻傳感器系統、 JSF傳感器系統等，所用 T/R（發/收）模塊封裝技術日趨成熟，每個 T/R 模塊成本由研發初期的 10 萬美元降至 600-800 美言，數年內可降至約200美元，成為機載雷達的核心部分。幾乎所有的美國參戰飛機都有安裝新的或更新 AESA 計劃，使其作戰效能進一步發揮，作多目標威脅環境中先敵發現、發射、殺傷， F-22機載 AESA 雷達可同時探測跟蹤目標數分別為空中30 個、地面 16、探測范圍為360 度全周向。

AESA 由數以千計的 T/R 模塊（有的高達 9000 個左右）構成，在每個 T/R 模塊內部都有用 GaAs 技術制作的功率發射放大器、低噪聲接受放大器、 T/R 開關、多功能增益/相位控制等電路芯片， 最終生產關鍵其封裝技術上，因機載對其體積與重量的限制極為苛刻。 AlSiC 集低熱脹、高導熱、輕質于一體，采用 AlSiC外殼封裝 T/R 模塊，包括 S、 C、 X、 Ku 波段產品，可滿足實用需求。雷達 APG-77是一部典型多功能、多工作方式雷達，其 AESA 直徑約 1m，用 2000 個 T/R 模塊構成，每個 T/R 模塊輸出功率 10W，移相器 6 位，接受噪聲系數 2.9dB，體積6.4cm3，重 14.88g，平均故障間隔 MTBF20 萬 h，其發射功率比初期產品增加16 倍，接受噪聲系數降低 1 倍，體積重量減少 83%，成本下降 82%。以 1000 個T/R 模塊構成機載 AESA 雷達為例，用 AlSiC 替代 Kovar，雷達重量可減輕 34kg，而熱導率比 Kovar 提高 10 余倍，且提高整機可靠性 MTBF 達 2000h 以上。試驗表明，及時 AESA 中 10%的 T/R 模塊產生故障，對系統無顯著影響， 30%失效時，仍可維持基本工作性能，具有所謂的"完美降級"能力。

本世紀初，美國 AlSiC 年產量超過 100 萬件， T/R 模塊由"磚"式封裝向很薄、邊長 5cm 或更小方塊形的"瓦"式封裝發展，進一步降低 T/R 模塊的尺寸、厚度，重量以及所產生的熱量。歐洲防務公司、法、英、德聯合開發機載 AESA 及 T/R模塊技術，研制具有 1200 個 T/R 模塊全尺寸樣機的試驗工作，俄羅斯積極著手研制第 4 代戰斗機用 AESA 雷達，以色列、瑞典研制出輕型機載 AESA 預警雷達，機載 AESA 及 T/R 模塊市場持續升溫。
在國內，隨著 AESA 產品的定型， T/R 模塊出現批量生產需求，其基板、殼體的生產極為關鍵，采用近凈成形技術，研制出小批量 T/R 模塊封裝外殼樣品。用無壓熔滲 AlSiC 制作基座替代 W-Cu 基座，封裝微波功率器件，按 GJB33A-97和 GJB128A-97 軍標嚴格考核，器件的微波性能、熱性能無變化，可完全滿足應用要求，前者的重量只及 W-Cu 基座的 20%，且成本僅為后者的 1/3 左右，有望在封裝領域大量替代 W-Cu， Mo-Cu 等材料。國產 L 波段功率器件月批量生產累計上千只，實現某型號雷達全面國產化、固態化，今后幾年會持續批量生產， S、C 波段功率模塊怎樣低成本生產，將涉及 AlSiC 封裝材料的研發應用。

倒裝芯片封裝
倒裝芯片封裝 FCP 技術優勢在于能大幅度提高差別的電性能、散熱效能，適合高引腳數、高速、多功能的器件。 AlSiC 的 CTE 能夠與介電襯底、焊球陣列、低溫燒結陶瓷以及印刷電路板相匹配，同時其具有高熱傳導率、高強度和硬度，是倒裝焊蓋板的理想材料，為芯片提供高可靠保護。 AlSiC 可制作出復雜的外形，例如， AlSiC 外殼產品有多個空腔，可容納多塊芯片，用于提供器件連接支柱、填充材料的孔以及不同的凸緣設計。 AlSiC 外形表面支持不同的標識和表面處理方法，包括激光打印、油漆、油墨、絲網印刷、電鍍，完全滿足 FCP 工藝要求。

功率器件封裝
大功率密度封裝中管芯所產生的熱量主要通過基板材料傳導到外殼而散發出去，上世紀九十年代中期， AlSiC 已用作功率放大器的基板，通過修改金屬 Al和 SiC 顆粒的比例，來匹配裸芯片或襯底的 CTE 值，從而防止空洞或剝離失效。事實表明， AlSiC 基板對于 Cu 基板系統有很好的可靠性，耐受成千上萬次熱循環也不會失效，而 Cu 的可靠性達不到 1000 次熱循環，這從根本上解決功率器件散熱問題，成為重要的功率器件封裝材料。寬禁帶半導體 SiC、 GaN 在芯片制造中的應用顯示出很強的競爭優勢，已制作高純度 100mm-150mm 的 GaN 圓片，在單位面積上可產生比其他器件高 6 倍的功率，帶寬達到 1GHz-40GHz。功率半導體和集成功率模塊技術方興未艾，AlSiC 封裝材料大有發展前景。

AlSiC 可制作出光電模塊封裝要求光學對準非常關鍵的復雜幾何圖形，精確控制圖形尺寸，關鍵的光學對準部分無需額外的加工，保證光電器件的對接，降低成本。此外， AlSiC 有優良的散熱性能，能保持溫度均勻性，并優化冷卻器性能，改善光電器件的熱管理。