电子封装技术发展现状及趋势 摘要 电子封装技术是系统封装技术的重要内容，是系统封装技术的重要技术基础。它要求在最小影响电子芯片电气性能的同时对这些芯片提供保护、供电、冷却、并提供外部世界的电气与机械联系等。本文将从发展现状和未来发展趋势两个方面对当前电子封装技术加以阐述，使大家对封装技术的重要性及其意义有大致的了解。 引言 集成电路芯片一旦设计出来就包含了设计者所设计的一切功能，而不合适的封装会使其性能下降，除此之外，经过良好封装的集成电路芯片有许多好处，比如可对集成电路芯片加以保护、容易进行性能测试、容易传输、容易检修等。因此对各类集成电路芯片来说封装是必不可少的。现今集成电路晶圆的特征线宽进入微纳电子时代，芯片特征尺寸不断缩小，必然会促使集成电路的功能向着更高更强的方向发展，这就使得电子封装的设计和制造技术不断向前发展。近年来，封装技术已成为半导体行业关注的焦点之一，各种封装方法层出不穷，实现了更高层次的封装集成。本文正是要从封装角度来介绍当前电子技术发展现状及趋势。
正文 近年来，我国的封装产业在不断地发展。一方面，境外半导体制造商以及封装代工业纷纷将其封装产能转移至中国，拉动了封装产业规模的迅速扩大；另一方面，国内芯片制造规模的不断扩大，也极大地推动封装产业的高速成长。但虽然如此，IC的产业规模与市场规模之比始终未超过20%，依旧是主要依靠进口来满足国内需求。因此，只有掌握先进的技术，不断扩大产业规模，将国内IC产业国际化、品牌化，才能使我国的IC产业逐渐走到世界前列。 新型封装材料与技术推动封装发展，其重点直接放在削减生产供应链的成本方面，创新性封装设计和制作技术的研发倍受关注，WLP 设计与TSV技术以及多芯片和芯片堆叠领域的新技术、关键技术产业化开发呈井喷式增长态势，推动高密度封测产业以前所未有的速度向着更长远的目标发展。 大体上说，电子封装表现出以下几种发展趋势：（1）电子封装将由有封装向少封装和无封装方向发展；（2）芯片直接贴装（DAC）技术，特别是其中的倒装焊（FCB）技术将成为电子封装的主流形式；（3）三维（3D）封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径；（4）无源元件将逐步走向集成化；（5）系统级封装（SOP或SIP）将成为新世纪重点发展的微电子封装技术。一种典型的SOP——单级集成模块（SLIM）正被大力研发；（6）圆片级封装（WLP）技术将高速发展；（7）微电子机械系统（MEMS）和微光机电系统（MOEMS）正方兴未艾，它们都是微电子技术的拓展与延伸，是集成电子技术与精密
金属基复合材料的种类与性能 摘要：金属基复合材料科学是一门相对较新的材料科学，仅有40余年的发展历史。金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关，特备是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能，有力地促进了先进复合材料的迅速发展。单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。 关键词：金属；金属基复合材料；种类；性能特征；用途 1. 金属基复合材料的分类 1.1按增强体类型分 1.1.1颗粒增强复合材料 颗粒增强复合材料是指弥散的增强相以颗粒的形式存在，其颗粒直径和颗粒间距较大，一般大于1μm。 1.1.2层状复合材料 这种复合材料是指在韧性和成型性较好的金属基材料中含有重复排列的高强度、高模量片层状增强物的复合材料。片曾的间距是微观的，所以在正常比例下，材料按其结构组元看，可以认为是各向异性的和均匀的。 层状复合材料的强度和大尺寸增强物的性能比较接近，而与晶须或纤维类小尺寸增强物的性能差别较大。因为增强物薄片在二维方向上的尺寸相当于结构件的大小，因此增强物中的缺陷可以成为长度和构件相同的裂纹的核心。 由于薄片增强的强度不如纤维增强相高，因此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而，在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强度和模量都有增强，这与纤维单向增强的复合材料相比具有明显的优越性。 1.1.3纤维增强复合材料 金属基复合材料中的一维增强体根据其长度的不同可分为长纤维、短纤维和晶须。长纤维又叫连续纤维，它对金属基体的增强方式可以以单项纤维、二维织物和三维织物存在，前者增强的复合材料表现出明显的各向异性特征，第二种材料在织物平面方向的力学性能与垂直该平面的方向不同，而后者的性能基本是个向同性的。连续纤维增强金属基复合材料是指以高性能的纤维为增强体，金属或他们的合金为基体制成的复合材料。纤维是承受载荷的，纤维的加入不但大大改变了材料的力学性能，而且也提高了耐温性能。 短纤维和晶须是比较随机均匀地分散在金属基体中，因而其性能在宏观上是各向同性的；在特殊条件下，短纤维也可以定向排列，如对材料进行二次加工（挤压）就可达到。 当韧性金属基体用高强度脆性纤维增强时，基体的屈服和塑性流动是复合材料性能的主要特征，但纤维对复合材料弹性模量的增强具有相当大的作用。 1.2按基体类型分 主要有铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。目前以铝基、镁基、钛基、镍基复合材料发展较为成熟，已在航天、航空、电子、汽车等工业中应用。在这里主要介绍这几种材料 1.2.1铝基复合材料 这是在金属基复合材料中应用最广的一种。由于铝合金基体为面心立方结构，因此具有良好的塑性和韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点，为其在工程上应用创造了有利条件。再制造铝基复合材料时通常并不是使用纯铝而是铝合金。这主要是由于铝合金具有更好的综合性能。
第30卷第6期V ol.30No.6 临沂师范学院学报 Journal of Linyi Normal University 2008年12月 Dec.2008铜基电子封装材料研究进展 王常春1，朱世忠2，孟令江3 （1.临沂师范学院物理系，山东临沂276005；2.山东医学高等专科学校，山东临沂276002； 3.临沂市高新技术开发区罗西街道办事处，山东临沂276014） 摘要：介绍了国内外铜基电子封装材料的研究现状及最新发展动态，指出了目前我国新型铜基电子封装材料研究中所存在的问题及进一步完善的措施，预测了电子封装用铜基复合材料的发展趋势和应 用前景．未来的铜基电子封装材料将朝着高性能、低成本、轻量化和集成化的方向发展． 关键词：电子封装；铜基复合材料；热导率；热膨胀系数 中图分类号：TG148文献标识码：A文章编号：1009-6051(2008)06-0043-05 0引言 随着信息化时代的迅速发展，对现代电子元器件集成度和运行速度的要求越来越高，相应功耗也越来越大，这必然会导致电路发热量的提高，从而使工作温度不断上升[1?4]．一般来说，在半导体器件中，温度每升高18℃，失效的可能性就增加2～3倍[5]．另外，温度分布不均匀也会使电子元器件的噪音大大增加．为解决这些问题，开发低成本、低膨胀、高导热、易加工、可靠性高的电子封装材料已成为当务之急[6,7]． 传统的电子封装材料（见表1[8]）由于具有一些不可避免的问题，只能部分满足电子封装的发展要求．Invar、Kovar的加工性能良好，具有较低的热膨胀系数，但导热性能很差；Mo和W的热膨胀系数较低，导热性能远高于Invar和Kovar，而且强度和硬度很高，所以，Mo和W在电力半导体行业中得到了普遍的应用．但是，Mo和W价格昂贵、加工困难、可焊性差、密度大，而且导热性能比纯Cu 表1常用封装材料的性能指标[8] 材料热膨胀系数(20℃)/(×10?6·K?1)导热系数/(W·m?1·K?1)密度/(g·cm?3) Si 4.1150 2.3 GaAs 5.839 5.3 Al2O3 6.520 3.9 AlN 4.5250 3.3 Al23230 2.7 Cu174008.9 Mo 5.014010.2 W 4.4516819.3 Kovar 5.9178.3 Invar 1.6108.1 W-10vol.%Cu 6.520917.0 Mo-10vol.%Cu7.018010.0 Cu/Invar/Cu 5.21608.4 收稿日期：2008-10-09 作者简介：王常春（1974–），男，山东沂南人，临沂师范学院副教授，博士．研究方向：金属基复合材料．
（ 二 〇 一 三 年 十 二 月 本科科研训练论文 题 目：铝合金的钎焊工艺 学生姓名：/// 学 院：材料科学与工程 系 别：材料成型及 控制工程 专 业：材料成型及控制工程 班 级：材///班 指导教师：///
内蒙古工业大学本科科研训练论文 摘要 焊接是制造业的重要组成部分，应用广泛，发展迅速，在制造行业占有重要的地位。我国是世界产钢、用钢大国，也是焊接大国。随着高新技术和新工艺的不断出现，机械制造、安装、维修业也逐步向精细方向发展，对焊接技术的要求也越来越高。近几年来，焊接的使用量迅速增加；焊接机械化自动化技术改造加快；焊接自动化率快速提高。钎焊是用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接过程，这篇论文对钎焊焊接前的准备和焊接方法的做了设计，介绍了焊接所需的钎料和钎剂，给出了钎接接头形式以及接头的质量检测方法，在钎焊操作中应该注意的安全问题。 关键词:焊料，焊剂，钎焊接头，钎焊装置，钎焊气体
Abstract Welding is an important part of the manufacturing industry, widely used, rapid development in the manufacturing industry occupies an important position. China is the world steel production, steel big country, but also the welding power. With the emergence of high-tech and new technology, machinery manufacturing, installation and maintenance industry is also gradually to the fine direction of welding technology requirements are also increasing. In recent years, the rapid increase in the amount of welding; welding mechanization and automation to accelerate technological innovation; welding automation rate rapidly increased. Brazing with a lower melting point than the base metal material is used as brazing filler metal, wetted with a liquid base material and the solder filling the gap and the interface to the work piece during welding and the base material inter diffusion, the paper prior to brazing welding preparation and welding methods to do the design, introduces the required solder and soldering flux, solder joints is given in the form of joint detection methods and the quality of the brazing operation should p ay attention to security issues. Key words: Solder, Flux, Solder joints, Soldering equipment, Soldering gas
电子封装的现状及发展趋势 现代电子信息技术飞速发展, 电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展 . 电子封装材料和技术使电子器件最终成为有功能的产 品. 现已研发出多种新型封装材料、技术和工艺 . 电子封装正在与电子 设计和制造一起 , 共同推动着信息化社会的发展 一．电子封装材料现状 近年来 , 封装材料的发展一直呈现快速增长的态势. 电子封装材 料用于承载电子元器件及其连接线路, 并具有良好的电绝缘性. 封装对芯片具有机械支撑和环境保护作用 , 对器件和电路的热性能和可靠性起 着重要作用 . 理想的电子封装材料必须满足以下基本要求 : 1) 高热导率 , 低介电常数、低介电损耗 , 有较好的高频、高功率性能 ; 2) 热膨胀系数 (CTE)与 Si 或 GaAs芯片匹配 , 避免芯片的热应力损坏 ;3) 有足够的强度、刚度 , 对芯片起到支撑和保护的作用 ;4) 成本尽可能低 , 满足大规模商业化应用的要求;5) 密度尽可能小 ( 主要指航空航天和 移动通信设备 ), 并具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。电子封装材料主 要包括基板、布线、框架、层间介质和密封材料. 1.1 基板 高电阻率、高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求 , 同时还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整 度、易金属化、易加工、低成本并具有一定的机械性能电子封装基片 材料的种类很多 , 包括 : 陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合 材料等 .
1.1.1陶瓷 陶瓷是电子封装中常用的一种基片材料, 具有较高的绝缘性能和优异的高频特性 , 同时线膨胀系数与电子元器件非常相近, 化学性能非常稳定且热导率高随着美国、日本等发达国家相继研究并推出叠片 多层陶瓷基片 , 陶瓷基片成为当今世界上广泛应用的几种高技术陶瓷 之一目前已投人使用的高导热陶瓷基片材料有A12q,AIN,SIC 和 B或)等. 1.1.2环氧玻璃 环氧玻璃是进行引脚和塑料封装成本最低的一种, 常用于单层、双层或多层印刷板 , 是一种由环氧树脂和玻璃纤维( 基础材料 ) 组成的复合材料 . 此种材料的力学性能良好, 但导热性较差 , 电性能和线膨胀系数匹配一般 . 由于其价格低廉 , 因而在表面安装 (SMT)中得到了广泛应用 . 1.1.3金刚石 天然金刚石具有作为半导体器件封装所必需的优良的性能, 如高热导率 (200W八 m·K),25oC) 、低介电常数 (5.5) 、高电阻率 (1016n ·em)和击穿场强 (1000kV/mm). 从 20 世纪 60 年代起 , 在微电子界利用金刚石作为半导体器件封装基片, 并将金刚石作为散热材料, 应用于微波雪崩二极管、 GeIMPATT(碰撞雪崩及渡越时间二极管) 和激光器 , 提高了它们的输出功率. 但是 , 受天然金刚石或高温高压下合成金刚石昂 贵的价格和尺寸的限制, 这种技术无法大规模推广. 1.1.4金属基复合材料
低温铝合金国内外研究及应用情况 低温设备在航空、航天、超导技术以及民用工业中得到日益广泛的应用, 主要用于航天飞机、火箭动力装置的液氢(20K)、液氧(90K)储箱，以及低温超导磁体的结构支撑件等。确保这些设备的安全运行至关重要。其中低温金属材料的选取和设计是重要的 环节之一。低温金属材料机械性能与常温状态下相比有较大的差别,某些金属材料延性和韧度会急剧降低, 即发生低温冷脆转变。脆性断裂经常是突然发生,迅速扩展,会造成灾难性重大事故。缺乏专门的低温金属材料知识和性能数据,将会造成选材和设计不当,在低温装备运行中将引发失效事故。 铝合金材料具有密度低、无磁性、低温下合金相稳定、在磁场中比电阻小、气密封性好、感应放射能衰减快等特性, 因此越来越广泛的应用于低温领域。近几十年来,国内外已经积累了大量的铝合金低温机械性能方面的研究。 一、低温铝合金的定义及分类 适合于低温环境使用的大多数固溶强化铝合金及一些沉淀硬化铝合金。 可分为两类：(1)固溶强化合金，5000系，3000系； (2)沉淀硬化合金，2000系，6000系，7000系。 常用的低温铝合金是： Al-4.5Mg(5083)，在退火态使用的易焊接铝合金； 3003铝合金；Al-1.0Mg-0.6Si(6061)多用途铝合金； Al-6.0Cu(2219)，在沉淀硬化态使用的铝合金。 Al-Li轻合金(如2090，8090等)是性能优异的低温材料，随着温度降低，其强度、塑性、韧性大幅度提高，如2090合金的低温性能(约4K)比2219合金要好得多。 在锻造合金最常用的低温服务考虑的合金1100，2014，2024，2219，3003，5083，5456，6061，7005，7039和7075。合金5083这是对低温应用最广泛使用的铝合金，展品冷却到室温的氮沸点（- 195oC）： 目前低温铝合金研究主要集中在：Al-4.5Mg(5083)、Al-Zn-Mg-Cu系、Al-Cu (2219)、Al-Li轻合金 问题：在航空领域应用较多，但低温铝合金板材产业化较少，低温铝合金板材制备LNG储罐国内未见详细报道（只有部分焊接问题探讨过） 二、铝合金低温性能 1、几种典型的铝合金在低温下拉伸性能如表所示。 从表1中可以看出，所有的铝合金的拉伸强度和屈服强度都随温度的降低而上升，并且拉伸强度增加比较明显，在20K以下增加停止,并且某些合金略有下降。大部分合金
铝合金真空钎焊用低温铝基钎料的研究 北京华航无线电测量技术研究所于文花 肖爱群 北京航空航天大学庄鸿寿 摘要为了避免在铝合金焊接中产生晶粒长大、溶蚀等缺陷，提高铝合金的钎焊质量，本文在Al－Si共晶钎料的基础上加入合金元素Cu和其它微量元素，研制新的低熔点钎料，最后确定新钎料为Al19Cu9Si。该钎料的熔点为543℃，比BAl86.5SiMg钎料的熔点降低了40℃，试验结果表明新钎料具有良好的润湿性、流动性，接头的剪切强度、抗腐蚀性能均满足铝合金钎焊要求。 关键词真空钎焊 铝合金 铝基钎料 1 引言 铝合金由于具有密度小、比强度高等优点，在航空、航天工业中已获得愈来愈广泛的应用。例如很多传统的铜合金波导、高频器件已被铝合金所取代，利用钎焊方法制造复杂的铝结构是最理想的方法。共晶铝硅钎料因具有良好的润湿性、流动性、钎焊接头的抗腐蚀性和可加工性，是铝合金钎焊中应用最广的一种铝钎料[1]。但它也具有严重缺点：熔点较高（液相线温度为577℃），钎焊温度均在600℃以上，所以钎焊温度非常接近于合金的固相线温度，易使母材发生晶粒长大、溶蚀等现象。目前，美国、日本、欧洲等研究机构对铝合金用低温铝基钎料进行了大量的研究。日本的茅本隆司、恩泽忠男[2]等人研究发现锗、铟、镱和铜均可作为铝硅钎料的添加剂，降低钎料的熔点，但锗、铟、镱的加入会使钎料脆性和耐腐蚀性均遭到恶化，且价格昂贵，难以应用于实际生产；铜元素的加入量多时也会使钎料变脆及钎焊时出现对母材的溶蚀，很难得到性能优良的钎焊接头。为此，所研制的新钎料既要具有较低的熔点，又要保持良好的机械性能。 本文通过分析既能降低铝熔点又能与铝形成共晶合金的元素特性，选择合适的能降低铝熔点的元素，对成分进行优化试验，同时考虑钎料的流动性和组织特性，在钎料中加入适量提高钎料流动性和细化组织的微量元素，经过试验确定铜、铋及微量元素为添加剂，配制新钎料，对新钎料进行熔点、润湿性、流动性、金相组织以及接头剪切强度、环境试验。 2 钎料的配制 为了降低钎料的熔点，必须寻找能降低铝熔点的元素，能与铝形成共晶的合金见表1。 表1 共晶元素及共晶温度 合金元素 Al-11.5Si Al-72Ag Al-32.7Cu Al-51.6Ge Al-94Zn 共晶温度/℃577 567 548 420 381 由表1可知Al-72Ag的共晶温度567℃，与铝硅共晶温度差不多，并且这种合金很脆，抗腐蚀性也不高，不宜作钎料；Al-32.7Cu，熔点548℃，此合金因含铜量高，脆性大；Al-Ge、Al-Zn共晶温度仅400℃左右，对降低钎料的温度作用极佳，但Ge是贵重元素，价高并且极脆，而Zn极易挥发，不易用于真空钎焊[3]。 分析能与铝形成共晶的合金特点，二元合金的熔点不能满足要求，必须加入第三种元素。在Al-Si-Ag 三元合金中有一共晶成分，其熔点为563℃，它与Al-Ag共晶熔点相差不大，无实用价值。 在三元合金中，只有Al-Si-Cu合金最有希望， 收稿日期：2005-09-26
高硅铝电子封装材料及课堂报告总结 摘要 关键词 Abstract Keyword 目录
第一章高硅铝电子封装材料 1.1应用背景 由于集成电路的集成度迅猛增加，导致了芯片发热量急剧上升，使得芯片寿命下降。温度每升高10℃,GaAs或Si微波电路寿命就缩短为原来的3倍[1,2]。这都是由于在微电子集成电路以及大功率整流器件中，材料之间热膨胀系数的不匹配而引起的热应力以及散热性能不佳而导致的热疲劳所引起的失效，解决该问题的重要手段即是进行合理的封装。 所谓封装是指支撑和保护半导体芯片和电子电路的基片、底板、外壳,同时还起着辅助散失电路工作中产生的热量的作用[1]。 用于封装的材料称为电子封装材料，作为理想的电子封装材料必须满足以下几个基本要求[3]: ①低的热膨胀系数,能与Si、GaAs芯片相匹配,以免工作时,两者热膨胀系数差异热应力而使芯片受损； ②导热性能好,能及时将半导体工作产生的大量热量散发出去,保护芯片不因温度过高而失效； ③气密性好,能抵御高温、高湿、腐蚀、辐射等有害环境对电子器件的影响； ④强度和刚度高,对芯片起到支撑和保护的作用； ⑤良好的加工成型和焊接性能,以便于加工成各种复杂的形状和封装； ⑥性能可靠,成本低廉； ⑦对于应用于航空航天领域及其他便携式电子器件中的电子封装材料的密度要求尽可能的小,以减轻器件的重量。 1.2国内外研究现状 目前所用的电子封装材料的种类很多,常用材料包括陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等。国内外金属基电子封装材料和主要性能指标如表1-1。 表1-1常用电子封装材料主要性能指标[1,4] 材料密度（ρ） g/cm3 导热率（K） Watts/m·k 热膨胀系数 (CTE) ×106/K 比导热率 W·cm3/m·K·g Si 2.3 135 4.1 5.8 GaAs 5.3 39 5.8 10.3 Al2O3 3.9 20 6.5 6.8 BeO 3.9 290 7.6 74.4 AlN 3.3 200 4.5 60.6
铝基复合材料综述 XXXXXXXXXXX 摘要铝基复合材料凭借密度小、耐磨、热性能好等优点在航天航空等领域占有优势地位。文中综述了铝基复合材料的种类、铝基复合材料性能、各种铝基复合材料的制备和应用以及发展前景。 关键词铝基复合材料种类性能制备应用 Abstract Al-based alloys have advantages in the field of the aerospace by the advantages of small density , anti-function ,good thermal performance and so on. This article discussed the kinds ,performance ,approach , use and development prospect of Al-based alloys. Key words Al-based alloys kind performance approach use
1.引言 自20世纪80年代金属基复合材料大规模研究与开发以来，铝基复合材料在航空，航天，电子，汽车以及先进武器系统等领域得到迅速发展。铝基复合材料的制备工艺设计高温、增强材料的表面处理、复合成型等复杂工艺，而复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于其制造技术。因此，研究和开发心的制造技术，在提高铝基复合材料性能的同时降低成本，使其得到更广泛的应用，是铝基复合材料能否得到长远发展的关键所在。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。2.铝基复合材料分类 按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。 3.铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体，铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝基复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。 4.铝基复合材料特点 在众多金属基复合材料中，铝基复合材料发展最快且成为当前该类材料发展和研究的主流，这是因为铝基复合材料具有密度低、基体合金选择范围广、热处理性好、制备工艺灵活等许多优点。另外，铝和铝合金与许多增强相都有良好的接触性能，如连续状硼、AL2O3\ 、
107电子技术柔性电子封装技术研究进展与展望 袁 杰 （浙江宇视科技有限公司,杭州 310051） 摘 要：柔性电子封装技术作为电子制造工艺中的发展趋势，其凭借着独有的的柔性也即延展性，在多个战略领域的应用前景都非常可观。但是如今柔性电子技术的可弯曲及可延展特性对其封装技术提出了更高要求。以柔性电子封装技术为重点，阐述了柔性电子封装技术的发展趋势和研究进展，综述柔性电子制造中的特殊工艺制程，展望了包括以有限元结构分析夹杂对岛-桥结构延展性的影响等封装技术的发展趋势。 关键词：电子制造工艺；柔性电子；封装技术 DOI:10.16640/https://www.doczj.com/doc/7c7689108.html,ki.37-1222/t.2017.15.099 0 引言 如今柔性电子皮肤、柔性电子显示器等柔性电子技术正受到市场关注和青睐。所谓柔性电子封装技术主要是由柔性基板、交联导电体和电子器件组成。提高柔性器件的可延展性可以在有预应力的柔性基底上设计非共面电路布局。但是在实践过程中，电子制造工艺中的填充和覆盖封装材料、纳米级厚度金属薄膜的屈服强度都会影响器件的可延展性。本文重点讨论优化柔性电子器件结构、提高其延展性，以期对柔性电子器件的设计提供理论支撑。 1 柔性电子封装技术的发展趋势 随着科学技术和电子封装行业竞争日益激烈，电子封装获得空前的发展规模和前景, 电子封装的应用进展也越来越明朗化。过去的电子封装技术仅仅能够实现电子设备密封的效果。而因为其密封使用的材料为金属、玻璃及陶瓷，较容易受到温度、酸碱度这些影响因素而被动引起一些变化， 不利于电子封装的进行。为了能够起到保证电子设备的整体质量，新型环氧树脂材料应用的电子封装应运而生。随着力学、材料学等科学技术的发展，对电子封装材料的可延展性提出了新的要求和挑战，所谓可延展性是指使得电子封装器件无论面临着拉、压、弯、扭转等一系列可能出现的变形下仍然能维持自身良好性能，大大提高电子器件的易携带性和较高的环境适应性。 柔性电子封装技术在国内的市场地位仍处于起步阶段，还有很大的发展空间。其一般设计原理和运行机理是将具备柔性或可延展性的塑料或者薄金属这类基板上制作相应的电子器件。具体来说，可延展柔性电子技术并非用以取代目前的硅芯片技术，而是对硅基体结构的改进，是基于软质柔性基板上集成微结构的原理，以避免传统的非柔性硅基芯片材料所出现的厚、脆的缺点，在实现可延展性的同时还同时具有轻薄、抗震的效果，经济成本低，操作简便易行。 展望未来柔性电子封装技术的发展趋势，必将坚持以用户体验为设计起点，实现更加人性化的目的，例如柔性传感器、柔性电子眼、可穿戴电子衣、柔性电子纸、柔性电路板、人造肌肉、柔性心脏监测衣、柔性键盘和柔性电子显示器等。与传统电子器件相比，其独特的柔性和延展性使可延展柔性电子器件在通信和信息、生物医药、机械制造、航空航天和国防安全等领域具有非常广泛和良好的应用前景。 2 柔性电子封装技术的研究进展 （1）硬薄膜屈曲结构。硬薄膜屈曲结构是指借助转印技术使得硅等硬薄膜条在弹性软基底上形成周期性的正弦曲线来获得所应具备的柔性。美国的两位教授在此基础上作出了新的变革，他们建议采用基于软印刷术的转印方法来完成柔性电子器件的封装，并经过反复的实验证明了这项技术在实践中能够在柔性基底上产生硅带屈曲波，以实现对各类电子集成材料都能够实现集成到曲面上的效果。并且，这一效果在后期变形的过程中能够通过改变硅带屈曲波的波长和幅值的方式防止拉伸割断，产生较大的压缩性能，在内在机理上，其实是通过实现与基件平面方向纵向的运动过程与变形维度将内部本身的力量予以消解。在这一设计形式下的硅薄膜材料便能够符合五分之一的拉压应变。 （2）岛桥结构。柔性电子封装技术中的岛桥结构，其基本原理是将能够实现弯曲的多根导线串联起多个微电子结构，最终形成了岛桥结构，所以是非常生动形象的。这些导线的可弯曲性使得微电子结构所连接起来而形成岛桥结构增强电子器件的可延展性，提升柔性的程度。但是这一方式虽然在一定程度上取得了一些成效，但是岛桥结构而形成的集成密度较其他结构相对要小，难以应用于覆盖率相对高的应用。 （3）开放网格结构。开放网格结构就是将硅基半导体薄膜这一电子器件材料改进为开放网格式结构。这一结构柔性的提升和可延展性的实现，最根本的是薄膜材料本身在变形时的面内转动，这就好比人们使用剪刀时候的自身转动过程。所以说，开放式网格结构的形状上有其特殊性，也需要改进设计为类似于剪刀形状的细长外形，因此不一定包含柔性基底，因此对于很多结构并不适用。 3 对柔性电子封装技术的展望 （1）局部多层封装结构。由于目前的柔性电子封装技术中常见的非共面薄膜-基底结构在完成封装后会出现延展性降低，难以继续承受较强负荷，为此提供一种新思维，解决上述问题。即局部多层封装，它通过将该薄膜基底的上位部分的电子封装区域软化，同时对下位部分再进行适度硬化,提高整体柔性。但是值得在今后继续开展实验以验证这一结构在应用领域的有效性，这是由于局部多层封装结构还有一些技术漏洞，若下位封装弹性模量或厚度过大,而在受压拉伸的过程中薄膜反而会出现高阶屈曲继而催生更大的弯曲应力，适得其反。 （2）夹杂对岛-桥结构延展性的影响。通过建立有限元模型的方式，将夹杂区域看作是圆形的桥下区域,并且从夹杂刚度、位置和封装方式等维度进行立体化的分析，其结果显示为以下两点，一是在增大夹杂刚度时岛桥结构的最大等效应力相应增强，延展性降低；二是在夹杂位置上若集成掩埋深度提高，那么封装结构顶部的整体应变水平就越大，岛桥的延展性也会随之降低。除此之外今后还应当进一步探讨空洞现象对于岛-桥结构的柔性度的影响。 （3）粘弹性参数的变化。柔性电子封装技术中电子器件基底部分与所使用的封装材料其粘弹性特质，其在多种拉伸的速率下，粘弹性参数所反映的力学和结构延展性变化程度不同：一定的总拉伸量下加载速率越大、一定应变速率下基底与封装材料的瞬时模量越高，薄膜的应力、应变水平越高,薄膜下降高度越小,结构的极限延展量越小。并引入了一个表征延展性劣化的无量纲参数,给出了它随拉伸应变率变化的关系曲线;封装材料与基底材料在一定应变速率范围内的瞬时模量峰值之比越高,薄膜的最大主应变增强得越多而薄膜面下降的位移越小;松弛阶段桥顶应力值、高度均随松弛时间而“衰减”至与静态拉伸时状态。 4 结语 （下转第276页）
金属基电子封装材料进展 刘正春 王志法 姜国圣 (中南大学) 摘 要:对照几种传统的金属基电子封装材料,较详细地阐述了W Cu、M o Cu、SiC/Al等新型封装材料的性能特点、制造方法、应用背景以及存在的问题。介绍了金属基电子封装材料的最新发展动态,指出国际上近年来的研究与开发主要集中在净成型技术、新材料体系探索以及材料的集成化应用等方面。最后,文章对金属基电子封装材料的发展趋势进行了展望,作者认为,未来的金属基电子封装材料将朝着高性能、低成本、轻量化和集成化的方向发展。 关键词:电子封装;复合材料;膨胀系数;热导率 中图分类号:T F125.7,T G139 文献标识码:A 文章编号:1004—244X(2001)02—0049—06 金属基电子封装材料具有强度高、导电导热性能好等优点。因此,它们与陶瓷基、树脂基封装材料一样,一直是电子工程师所青睐的热沉和支承材料,广泛地应用于功率电子器件(如整流管、晶闸管、功率模块、激光二极管、微波管等)和微电子器件(如计算机C PU、DSP芯片)中,在微波通讯、自动控制、电源转换、航空航天等领域发挥着重要作用[1-6][9][13]。 作为一种理想的电子封装材料,必须满足这么几个基本要求[4]:一是材料的导热性能要好,能够将半导体芯片在工作时所产生的热量及时地散发出去;二是材料的热膨胀系数(C TE)要与Si或Ga As 等芯片相匹配,以避免芯片的热应力损坏;三是材料要有足够的强度和刚度,对芯片起到支承和保护的作用;四是材料的成本要尽可能低,以满足大规模商业化应用的要求。在某些特殊的场合,还要求材料的密度尽可能地小(主要是指航空航天设备和移动计算/通信设备),或者要求材料具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。 1 传统的电子封装材料 传统的金属基电子封装材料,包括因瓦合金(Inv ar)、可伐合金(Kova r)、W、Mo、Al、Cu等,这些材料可以部分的满足上面所提到的要求,然而,它们仍然存在许多不尽人意之处。表1列出了几种常规电子材料的性能。 表1 Si、GaAs及几种传统封装材料的性能[4][7]材 料 C TE ppm/K 热导率 W/(m·K) 密度 /(g·cm-3) Si 4.1135 2.3 Ga As 5.839 5.3 Invar0.4118.1 Kovar 5.9178.3 W 4.417419.3 M o 5.014010.2 Cu17.74008.9 Al23221 2.7环氧树脂600.3 1.2 Inva r、Kov ar的加工性能良好,具有较低的热膨胀系数,但导热性能很差;M o和W的热膨胀系数较低,导热性能远高于Inva r和Kov ar,而且强度和硬度很高,所以,Mo和W在电力半导体行业得到了普遍的应用。但是,Mo和W价格昂贵,加工困难,可焊性差,密度大,况且导热性能比纯Cu要低得多,这就阻碍了其进一步应用。Cu和Al的导热导电性能很好,可是热膨胀系数过大,容易产生热应力问题。 2 新型电子封装材料 现代电子技术的飞速发展,使得电子元器件能够具有更高的集成度、更快的运行速度和更大的容 第24卷 第2期 2001年 3月 兵器材料科学与工程 ORDNANCE M ATERIAL SC IEN CE AND EN GIN EERING V o l.24 No.2 M ar. 2001 收稿日期:2000-06-02 资助项目:国家高新工程重点资助项目 作者简介:刘正春,中南大学材料科学与工程系,长沙,410083
超高强铝合金的研究现状及发展趋势 曾 渝,尹志民,潘青林,郑子樵,刘志义(中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083) 摘要:超高强铝合金具有很高的强度,同时又具有较强的韧性,是航空航天领域极具应用前景的轻质高强结构材料.作者在查阅大量文献的基础上,结合课题组试制工作,介绍了国内外超高强铝合金的发展应用概况,对Zn ,Mg , Cu ,Z r 等元素在合金中的添加量、存在形式和作用机制进行了综述.通过对比分析,探讨了合金最佳性能所对应的 显微组织结构模式.此外,还介绍了合金的3种主要时效处理工艺和抗应力腐蚀模型,并针对超高强铝合金目前存在的问题,提出了今后研究开发的方向. 关键词:铝合金;合金化;微观组织;热处理;应力腐蚀中图分类号:TG 146.2 文献标识码:A 文章编号:100529792(2002)0620592205 高强铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点,是航空航天领域的主要结构材料.现代航空航天工业的发展,对高强铝合金的强度和综合性能提出了更高的要求[1].近年来,材料工作者通过优化合金的成分设计,采用新型的制坯方法[2,3]、成形加工及热处理工艺[426],研制开发出多种使用性能更好的超高强铝合金,这些材料既具有600MPa 以上的抗拉强度,又能保持较高的韧性和耐腐蚀性,且成本较低,在很多领域取代了昂贵的钛合金,成为目前军用和民用飞机等交通运输工具中不可缺少的重要轻质结构材料,超高强铝合金正成为世界各国结构材料开发的热点之一. 1 研究概况 早在20世纪30年代,人们就开始研究Al 2Zn 2Mg 2Cu 系合金,但由于该系合金存在严重的腐蚀现象而未得到实际应用.20世纪中期,通过在合金中添加Mn ,Cr ,T i 等微量元素提高抗应力腐蚀性能,美国、前苏联相继开发出7075合金和B95高强铝合金,用于制造飞机部件,并着手研究超高强铝合金. 1956年,前苏联学者在深入研究Al 2Zn 2Mg 2Cu 系合金的基础上,研制出世界上第1种超高强度铝 合金———B96ц (部分超高强铝合金的成分与性能见表1和表2),继而通过提高合金纯度,降低合金元素含量开发出B96ц的改型合金B96ц21和B96ц23.近年来,又改变时效制度,采用过时效态代替峰值时效态,提高了合金的耐腐蚀性和断裂韧性,且静强度降低幅度小[7],因而应用领域广泛. 1972年,美国铝业公司通过降低7075合金中的Fe 和Si 等杂质含量,调整合金元素,并在合金中添加锆代替铬,开发出了7050合金;1978年,对7050合金的成分进行微调,成功研制了7150合金,并将其加工成T 651及T 6151态厚板和挤压件,用于制造波音767、空中客车A310等飞机的上翼结构.为了进一步提高机体材料的性能,自20世纪70年代后期以来,一些发达国家进行了两方面的研究工作: a 1投入大量人力物力研究新的热处理状态.20 世纪80年代末,美国Alcoa 公司开发出T 77处理工 艺,并应用于I M/7150合金,使之具有T 6态强度和T 73态抗腐蚀性能.71502T 77合金板材和挤压材目前已大量用于制造飞机框架、舱壁等结构件.随后,通过提高合金中的锌含量,进一步开发出超高强度的I M/70552T 77合金,用于制造波音777的上翼蒙皮和龙骨梁[1].目前,一些国家仍在进行I M/70502T 74厚板、I M/70552T 77板材的应用研究. b 1开发快速凝固/粉末冶金(RS/P M )制备工艺,发展RS/P M 铝合金.20世纪80年代,美国Alcoa 公司采用传统RS/PM 制备方法,研制出PM/7090, 收稿日期:2002-04-26 基金项目:国家“863”高新技术研究项目(2001AA332030) 作者简介:曾 渝(1971-),男,湖南新化人,中南大学博士研究生,从事高性能铝合金的研究. 第33卷第6期2002年12月 中南工业大学学报J.CE NT.S OUTH UNI V.TECH NO L. V ol.33 N o.6 Dec. 2002
铝及铝合金的钎焊 08材控 邢钧魁 20080607131 摘 要 本文主要论述了铝及铝合金的分类、性能，以及铝及铝合金钎焊的研究现状、钎焊过程中有可能出现的问题以及在具体实施钎焊时钎剂、钎料的选择与搭配，还介绍了施焊前如何对表面进行清理、准备以及焊后的清理与处理工作、注意事项等。 关键词 钎焊 铝合金 钎剂 钎料 1 铝及铝合金 1.1铝及铝合金钎焊的研究现状 铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，设备复杂，且对焊工的技术要求也比较严格。铝钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有钎焊件变形小。尺寸精度高等优点，近年来在我国得到广泛的应用。铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。 1.2 铝及铝合金的分类及性能 铝及铝合金可以分为工业纯铝、变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金。 铝是一种轻金属，密度小，仅为3/7.2cm g ，约为铜或钢的3/1；具有优良的导电性、导热性，良好的耐蚀性以及优良的塑性和加工性能等。铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多。经热处理后铝合金的力学性能要求可以和钢铁材料相媲美。 1.3 铝及铝合金钎焊的问题 铝及铝合金的钎焊与其他合金相比比较难，是由于其表面有一层极为致密的氧化膜，这一层氧化膜的性能非常稳定，能够充分抵抗大气的腐蚀，又能在旧摸上随时生成新膜。铝及铝合金在焊接的时候需要破坏这一层膜，否则熔化的钎料不能与母材润湿；焊后又需要维持保护膜的完整，否则接头将产生严重的腐蚀。 铝能极缓慢地溶于中等浓度的硝酸，但在浓硝酸中是稳定的，硝酸的浓度越高越稳定。运输发烟硝酸的槽罐是用纯铝做的。铝的抗碱能力较弱，易溶于NaOH 、KOH 。 无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果，是铝铜钎焊用料的升级换代产品。其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成，其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。 2 铝及铝合金的钎焊方法 铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、盐浴钎焊和炉中钎焊等方法[1]。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化
本文由446251256贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 高硅铝合金轻质电子封装材料研究现状及进展甘卫平子 高硅铝合金轻质电子封装材料研究现状及进展 甘卫平 陈招科 杨伏良 , 周兆锋 中南大学材料科学与工程学院长沙 摘要关锐词 蛛合比杖了现有电子封装材朴的性能及其在航空航天领城中的应用现状杖详细地阐述了高硅铝合金 , 、 电子封装材料的性能特点制备方法及研究现状指出了高硅铝合金轻质电子封装材料的发展方向 , 。 电子封装 轻质 高硅铝合金 喷射沉积 , 氏 , 而 , 垃 , , , 而 , , 前官 由于集成电路的集成度迅猛增加导致了芯片发热量急剧 , , 以及用做基片的 刃 。一 、 等陶瓷材料其热膨胀系数 。
值处于 其 之间而具有高导热系数的 一‘ , 和 值却高达 , 会导致不能接受的大的热应 。一 上升 , 使得芯片寿命下降据介绍温度每升高 , ℃ , 或 力而这些热应力正是集成电路和墓板产生脆性裂纹的一个普 , 徽波电路寿命的缩短就为原来的 倍〔 , ,一们 这都是由于在徽 遍原因可伐合金 , 一种 一 合金和因瓦合金 , 电子集成电路以及大功率整流器件中材料之间热膨胀系数的不匹配而引起的热应力以及散热性能不佳而导致的热疲劳所引一种 一 合金的热膨胀系数低与 , 和 、 相近但 , 、 这两种材料热导率 差密度高刚度低
。、 , 起的失效 、 解决该问题的重要手段即是进行合理的封装 、 作为航空电子封装材料是不适宜的特别是小型电子封装器件密度高热 、 所谓封装是指支撑和保护半导体芯片和电子电路的基片底板外壳同时还起着辅助散失电路工作中产生的热 , 集中不易扩散对于封装材料是致命的缺点钥钨 、 、 的作 , 以及随之发展的钨铜相铜铜因瓦铜铜相铜合金在热传导方 、 用 、 。 用于封装的材料称为电子封装材料作为理想的电子封装 幻 面优于可伐合金但其重量比可伐合金大也不适合应用于航空 , , 材料必须满足以下几个羞本要求 , , , , ①低的热膨胀系数能与 电子封装材料 。 芯片相匹配以免工作时两者热膨胀系数差异热应力 , , 轻质电子封装材料 在航空航天飞行器领域使用的电子系统中在满足电子封 , 而使芯片受损②导热性能好能及时将半导体工作产生的大量 热量散发出去保护芯片不因温度过高而失效③气密性好能 抵御高温高湿腐蚀辐射等有害环境对电子器件的影响 , ④强 、、 装材料的其它基本要求的同时轻质低密度是最首要的问题因 , 。