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邹小姐：13326633089 -
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随着通讯技术的迭代升级，半(ban)导体器(qi)件的迅速发(fa)展(zhan)，芯片集成电路密度不断(duan)增加，器件性能不断(duan)提(ti)高，散(san)热问题成了迫切(qie)解决的问题和行业热点，对散(san)热新(xin)材料也提(ti)出了更高性能的要求。于(yu)是，超高导热材料(liao)的随之爆发，引起学术、产业研(yan)究热潮。
其(qi)中，高导热金属(shu)基复合(he)材料结合(he)了金(jin)属材(cai)料和(he)(he)无机非金(jin)属材(cai)料的(de)性(xing)能，表现(xian)出高(gao)(gao)热导率、高(gao)(gao)强度(du)、低密(mi)度(du)和(he)(he)热膨(peng)胀系(xi)数可调等综合(he)优势，有(you)望解决未来高(gao)(gao)性(xing)能电子器件的(de)热管理(li)难题，未来10年或可大规模应用于电力电子、微波通信、轨道交通和航空航天等领域。
常用(yong)热管理(li)材料(liao)热导率-热膨胀系数分布
电子封(feng)装对(dui)热管理材料性能(neng)的(de)总体(ti)(ti)要(yao)求
传统的应用(yong)于电子(zi)封装领域的导热材料主要(yao)包(bao)括Al2O3、W/Cu、Mo/Cu、Invar合金、Kovar合金和AlN等，这些材料由于导热率低或热膨胀系数高等原因已不能满足应用要求，对(dui)电子(zi)器件正常工作效率和使用寿(shou)命(ming)构成巨大威胁，尤其是以高功(gong)率的绝缘栅(zha)双(shuang)极型晶(jing)体管(guan)( IGBT) 、微波、电磁、光电等器件为典型应用的高科技技术领域和以有源相控阵雷达、高能固体激光器等为典型应用的国防技术领域的迫切应用需求。
常(chang)用(yong)电子封(feng)装材料的热(re)学性能
电子(zi)封(feng)装对热(re)管(guan)理材料性能的总体要求包括:
（1）热膨(peng)胀系数(CTE)与半导体材料（硅(gui)、砷(shen)化镓、氮化镓、碳化(hua)硅等）匹配或接近(jin)：减小与半导体之(zhi)间(jian)的热应(ying)力，避(bi)免热应(ying)力失效；
（2）高热导率：能将半导体(ti)产生的热量及(ji)时均(jun)匀化并散(san)除(chu)到(dao)环境(jing)中；
（3）足够的强度(du)(du)､刚度(du)(du)和韧性：对半导体和器件起(qi)到良好的支撑和保护作用；
（4）高气密性：抵御外(wai)部(bu)高(gao)温、高湿、腐蚀或交变条(tiao)件等有(you)害环境，构筑高可(ke)靠性工(gong)作空间(jian)；
（5）成型性与表面控制：易加(jia)工成型(xing)或可近终成(cheng)型，并满(man)足表面(mian)质量(liang)控制要(yao)求（镀金、粗糙度、平整度等）；
（6）轻(qing)质化：密度(du)尽可能低，利于(yu)器件的结(jie)构轻量化设计；
（7）其他特殊要求：如功能特性要求（电磁/射(she)频/辐射屏蔽、导电(dian)/绝缘等(deng)），成本(ben)控制与竞争性要求（成品率(lv)高、适(shi)于批量(liang)生产、价格低等）。
高导热(re)金(jin)属基复合材料的(de)制备
金属基复合材料(Metal Matrix Composites，MMC)是(shi)以具(ju)有(you)较高(gao)导热率的金属(shu)为基体，以具有较高导热率无机非(fei)金属的纤(xian)维、晶须、颗粒或纳米颗粒等为增强体，经复合而成(cheng)的新材料，是现代(dai)最具竞争优势的新型热管理(li)材料。
铝(lv)、铜、镁(mei)因其相对较高的(de)热导率、较低的(de)密(mi)度以及(ji)优异的(de)加工性，目前已(yi)经成为热管(guan)理用金属基复材(cai)的(de)主(zhu)流基体(ti)(ti)，常用的(de)增(zeng)强相主(zhu)要(yao)包括增(zeng)强体(ti)(ti)主(zhu)要(yao)是各种(zhong)形式的(de)碳材(cai)料（碳纤维(wei)、热解(jie)石(shi)墨、金刚石(shi)颗粒(li)）、碳化(hua)硅颗粒(li)、硅颗粒(li)等。
（1）金属基复合材料的制备方法
针对金属基复合材料(liao)的制备方法(fa)(fa)已经(jing)形成(cheng)了(le)多种(zhong)体系，包括(kuo)固相法(fa)(fa)、液相法(fa)(fa)、气态(tai)法(fa)(fa)、原位(wei)生成(cheng)法(fa)(fa)等。
金属基复合(he)材(cai)料制(zhi)备(bei)方法
与其他金(jin)属(shu)基复合材料相比，“碳金复(fu)材”中碳(tan)材(cai)料与金属基体的(de)浸润性(xing)较差，若制备方法不当得(de)到的复合材料的热导率反而(er)低于金(jin)属基(ji)体(ti)本身。国内外研制“碳(tan)金复材”时，多采用压力浸渗法，以获得更(geng)强的界面结(jie)合强度。
压(ya)力(li)(li)浸渗法是指通过施加压(ya)力(li)(li)（真空(kong)压力(li)或自排气(qi)压力(li)），突破增(zeng)强体的(de)表面张力将金属液体(ti)渗(shen)透进增强体(ti)预制件中，然后(hou)凝(ning)固成型(xing)的(de)方法，其具有(you)适用性(xing)高、界面(mian)强度高(gao)(gao)和可(ke)(ke)定(ding)制(zhi)性高(gao)(gao)的(de)优势，增强体的(de)体积分数通常可(ke)(ke)达到50%~80%。该方法应(ying)用(yong)于“碳(tan)金复(fu)材”，易于获(huo)得高强度、高导(dao)热(re)、低膨(peng)胀等特性的近(jin)净成型(xing)产(chan)品，可(ke)免于后(hou)续的复杂加工(gong)过程(cheng)，可(ke)广泛应用于电(dian)子封装和航空(kong)航天等领域的散热器件｡
（2）影响金属基复合材料导热性能的主要因素
增强体的物(wu)性(xing)（种(zhong)类(lei)、含量、尺寸）、金属基体的物性(xing)（种类(lei)、纯度(du)）、增(zeng)强(qiang)体(ti)/基体的复合界面热导及增强体在基体中的空间分布是主要影响金属基复(fu)合材(cai)料(liao)导(dao)热性能(neng)的(de)因素。其中(zhong)，复(fu)合界面始终是决定金属基复(fu)合材(cai)料(liao)导(dao)热性能(neng)的(de)关键(jian)因素，纳米(mi)尺度界面改性设计可能是未来进一(yi)步提高金属基复合材料热导(dao)率的一(yi)个重要途径。
常见的金属(shu)基(ji)复合材料
（1）铝基复合(he)材料(liao)
铝(lv)基(ji)复合(he)材料在金属基(ji)复合(he)材料中(zhong)发展(zhan)最成熟，主要包括硅/铝(Sip/Al)、碳(tan)纤维(wei)/铝(Cf/Al)、碳(tan)化硅/铝(SiCp/Al)、金(jin)刚(gang)石/铝(Diamond/Al)等，不仅(jin)比强(qiang)度、比刚(gang)度高，而且导(dao)热(re)性(xing)能好、热(re)膨胀系(xi)数可(ke)调、密度低，在航空航天、交通运输及(ji)其他移动系统等结(jie)构轻量(liang)化应(ying)用领域极(ji)具竞(jing)争优势，尤其是Sip/Al和SiCp/Al复合材料在国内外已得到广泛应用。
电(dian)子封装用SiCp/Al复合材料
（2）铜基(ji)复(fu)合(he)材料
纯铜导(dao)电性好，热导(dao)率(lv)高(385～400W/m·K)，约为纯铝的1.7倍，热膨胀系(xi)数(shu)也低于纯(chun)铝。与铝基(ji)复合材(cai)料(liao)相比，铜基(ji)复合材(cai)料(liao)只需添加(jia)更少量增强(qiang)体，热膨(peng)胀系数即可(ke)与半导(dao)体相匹配，并易于获得更高热导(dao)率。
更为重要的是(shi)，铜(tong)基复合材料不仅(jin)可集成高(gao)导(dao)热、低膨胀系数以满足热管理功能特(te)性，还具(ju)有(you)良好的耐热、耐蚀与化学稳定性，可在(zai)更大程度上满足高(gao)温(wen)、腐蚀环境等极端服役条(tiao)件的要求，如核(he)电工(gong)程、酸碱及干湿冷热交替的大气(qi)环境等。
因此，在密度(du)非第一(yi)考虑要素时，铜基复合材料(liao)往往是先(xian)进热管(guan)理(li)材料(liao)的理(li)想选(xuan)择，尤其(qi)是金刚石/铜(Diamond/Cu)复合材料(liao)，近年(nian)来已(yi)发展成(cheng)为(wei)金属基复合材料(liao)的研(yan)究热点之一(yi)。然而，铜密(mi)度高(gao)，且与增强体之间存在界面(mian)结合和(he)润(run)湿性(xing)问题，严重阻(zu)碍了其(qi)性能提升与热管(guan)理应用，目(mu)前已得(de)到研究者的广(guang)泛(fan)关注。
C/Cu导热复合(he)材料
（3）轻质镁基复(fu)合材料(liao)
与Al、Cu相比(bi)，Mg具有更低的密度，但其(qi)热(re)(re)导率也(ye)可达到150W/m·K，尤(you)其(qi)通过高(gao)导热(re)(re)碳纤维(wei)、金刚(gang)石颗粒复合强化(hua)，进一步提高(gao)热(re)(re)导率的同时，降低其(qi)热(re)(re)膨胀系数，从而使热(re)(re)管(guan)理用金属基复合材料进一步提高(gao)比(bi)热(re)(re)导，促(cu)进轻量化(hua)领域应用。
事实(shi)上，日本住友电工(gong)已提供SiCp/Mg复合材料热管理产品，热导率(230W/m·K)比SiCp/Al复合材料产品提高15%以上，同时密度可降低6%以上，从而比热导率提高18%以上，对航天领域的轻量化设计而言有着特殊的重要意义。
总(zong)结(jie)
随着半导体(ti)器件功率密(mi)度的(de)不断攀升，对热管(guan)理材(cai)料热导率提出了更高要(yao)求(qiu)，具有超高热导率的(de)新(xin)一代封装材料金属/金刚石、金属/石墨复材开(kai)始(shi)进入了人们的(de)视野，产业(ye)化趋势明朗。
近(jin)年来(lai)，以“碳金(jin)复材”为(wei)代表的(de)高(gao)性能(neng)金属基复合材(cai)料(liao)，正朝着高(gao)散(san)热(re)性能(neng)、低热(re)膨胀、高(gao)强韧、超薄等(deng)方向快速发(fa)展，有(you)望突(tu)破国家(jia)重大战(zhan)略需(xu)求(qiu)如航天、电子通讯及器件等(deng)领(ling)域的(de)技术发(fa)展中面(mian)临的(de)高(gao)功率密(mi)度(du)电子器件散(san)热(re)瓶颈问题。
电子封装产业链结构(gou)
随着“碳中和、碳达峰”政策的进一步落地，宽禁带半导体、化合物半导体将迎来需求的爆发，相关器件将向高性能、低功耗方向快速发展；同(tong)时(shi)随(sui)着国际形势的不断(duan)变化(hua)，以及对(dui)太空探索的进(jin)一步(bu)推进(jin)，国防与航天等领域对(dui)器件性能将(jiang)提出更高要(yao)求。未来数年(nian)，高热导率金属(shu)基复合材料(liao)将(jiang)迎来黄金发展期(qi)，真正迎来大(da)规模的产业化(hua)。
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