金属基电子封装复合材料的研究进展

金属基复合材料的发展现状与应用前景金属基复合材料( M MCs) 问世至今已有30 余年。

M MCs 的耐温性较高, 力学性能( 特别是刚度) 比一般金属的好, 此外它还具有导电性以及在高真空条件下不释放小分子的特点, 克服了树脂基复合材料在航宇领域中使用时存在的缺点, 因此受到航空航天部门的青睐。

然而, 尽管MM Cs 在航天飞机以及其他一些尖端技术中已经获得应用, 但用量很小, 不足以推动其发展。

近年来虽然努力在民用领域寻找机遇, 但终因成本偏高而缺乏与金属等其他传统材料竞争的优势。

因此发展MM Cs 的出路在于寻找降低成本的措施, 同时也要探索能充分发挥其特色的应用领域。

鉴于复合材料的成型工艺占其成本的60% ~ 70% , 所以研究发展高效、省时、低能耗、设备简单、能实现近似无余量成型的工艺方法是当务之急。

1、金属基复合材料制备技术1.1各种制备方法简评MMCs 通常按增强体的形式分类, 如连续纤维增强、短纤维或晶须增强、颗粒增强以及片层叠合等。

由于连续纤维增强的MM Cs 必须先制成复合丝或复合片等先驱体, 工艺复杂而成本高, 因此除了极少量有特殊要求的零件(如航天飞机的结构梁)采用外,目前尚看不到有扩大应用的可能性。

本文着重叙述的是颗粒、短纤维或晶须等非连续增强体的MM Cs, 其中, 颗粒增强的M MCs 已具备批量生产条件, 有良好的发展前景。

迄今, 已开发出不少非连续增强体MMCs的制备方法,见表1在表 1 列出的各种制备方法中, 搅拌混合法和挤压铸造法比较成熟,已具备批量生产的条件。

对搅拌混合法工艺已完成了大量研究工作,其中包括对增强体进行表面处理,以改善其与基体金属的浸润性;调整基体合金元素以减轻界面反应对MMCs性能的影响;在设备方面则改进了搅拌桨的形式以改善增强体分布的均匀性,此外,研究了增强体的加入机构,为降低气孔率还制作了施加负压的装置;在工艺条件上则研究了搅拌速度和金属熔体温度对混合均匀度和产生气泡的影响。

金属封装是采用金属作为壳体或底座，芯片直接或通过基板安装在外壳或底座上，引线穿过金属壳体或底座大多采用玻璃—金属封接技术的一种电子封装形式。

它广泛用于混合电路的封装，主要是军用和定制的专用气密封装，在许多领域，尤其是在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。

金属封装形式多样、加工灵活，可以和某些部件(如混合集成的A／D或D／A转换器)融合为一体，适合于低I／O数的单芯片和多芯片的用途，也适合于射频、微波、光电、声表面波和大功率器件，可以满足小批量、高可靠性的要求。

此外，为解决封装的散热问题，各类封装也大多使用金属作为热沉和散热片。

本文主要介绍在金属封装中使用和正在开发的金属材料，这些材料不仅包括金属封装的壳体或底座、引线使用的金属材料，也包括可用于各种封装的基板、热沉和散热片的金属材料。

1 传统金属封装材料及其局限性芯片材料如Si、GaAs以及陶瓷基板材料如A12O3、BeO、AIN等的热膨胀系数(CTE)介于3×10-6-7×10-6K-1之间。

金属封装材料为实现对芯片支撑、电连接、热耗散、机械和环境的保护，应具备以下的要求：①与芯片或陶瓷基板匹配的低热膨胀系数,减少或避免热应力的产生；②非常好的导热性，提供热耗散；③非常好的导电性，减少传输延迟；④良好的EMI／RFI屏蔽能力；⑤较低的密度，足够的强度和硬度，良好的加工或成形性能；⑥可镀覆性、可焊性和耐蚀性，以实现与芯片、盖板、印制板的可靠结合、密封和环境的保护；⑦较低的成本。

传统金属封装材料包括Al、Cu、Mo、W、钢、可伐合金以及Cu／W和Cu／Mo等，它们的主要性能如表1所示。

1．1 铜、铝纯铜也称之为无氧高导铜(OFHC)，电阻率1．72μΩ·cm，仅次于银。

它的热导率为401W(m-1K-1)，从传热的角度看，作为封装壳体是非常理想的，可以使用在需要高热导和／或高电导的封装里，然而，它的CTE高达16．5×10-6K-1，可以在刚性粘接的陶瓷基板上造成很大的热应力。

高性能金属基复合材料研究进展
董海涛;李登辉;翟振杰;孙长飞;王喆;陈聪
【期刊名称】《青海科技》
【年(卷),期】2024(31)1
【摘要】金属材料因其具备优良的可加工性、导电性、导热性、耐磨耐腐蚀性能,被广泛地应用于医疗、航空、军事等领域,所以研究高性能的金属基复合材料成为复合材料学科的一大热点。

目前高性能金属基复合材料的理论制备方法较多,但可用于工业化生产技术方案却相对较少;对单一增强相的研究颇多,多相强化基体的研究较少,这两类矛盾问题突出。

文章通过综述金属基复合材料的常用制备方法及其常用增强相的种类与效果,以及对多相强化、稀土调控展开分析,以期为实验探索提供理论依据。

【总页数】6页(P94-99)
【作者】董海涛;李登辉;翟振杰;孙长飞;王喆;陈聪
【作者单位】青海民族大学物理与电子信息工程学院;亚洲硅业(青海)股份有限公司;青海民族大学双碳研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TB33
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金属基复合材料的发展趋势金属基复合材料是一种将金属基体与其他增强材料（如纤维、颗粒等）组合在一起制成的新型材料。

它具有金属材料的优良性能，如高强度、高刚度、耐磨性等，并且能够通过引入增强材料来改善其综合性能。

随着工业技术的发展和应用的不断扩大，金属基复合材料的发展趋势主要表现在以下几个方面：1. 材料的多元化发展：金属基复合材料不仅可以使用不同种类的金属作为基体材料，还可以结合多种不同类型的增强材料，如纤维、颗粒等。

随着技术的进步，人们对于材料的性能要求越来越高，因此金属基复合材料的开发可望得到更大的关注和广泛的应用。

未来，金属基复合材料将进一步向高性能、高温、高强度等方向发展。

2. 制备工艺的改进：金属基复合材料的制备工艺对其性能起着重要的影响。

未来，人们将继续改进金属基复合材料的制备工艺，以提高材料的可塑性、成型性和耐高温性能。

例如，采用先进的热处理工艺、粉末冶金、熔融铸造等方法将有助于制备出更加优质的金属基复合材料。

3. 结构设计的优化：金属基复合材料的性能不仅与材料本身的性能有关，还与其结构设计密切相关。

通过合理的结构设计，可以优化材料的机械性能、热性能和耐腐蚀性能。

未来，人们将通过模拟分析和先进的设计方法，针对不同应用领域开发出更加优化的金属基复合材料结构。

4. 新型增强材料的研究：金属基复合材料在增强材料的选择上有很大的灵活性。

未来，人们将继续寻找新型的增强材料，并研究其与金属基体的相容性和增强效果。

例如，纳米材料、陶瓷颗粒等新型增强材料的引入，将进一步提高金属基复合材料的性能。

5. 应用领域的扩大：金属基复合材料由于其优异的性能，在航空航天、汽车制造、机械制造等领域得到了广泛应用。

未来，随着技术的发展和应用需求的不断增加，金属基复合材料将在更多领域得到应用。

尤其是在新能源、环保、生物医学等领域，金属基复合材料的应用前景将更加广阔。

总之，随着工业技术的不断发展，金属基复合材料将继续取得重大进展。

高导热金属基复合材料的制备与研究进展摘要：随着电子器件芯片功率的不断提高，对散热材料的热物理性能提出了更高的要求。

将高导热、低膨胀的增强相和高导热的金属进行复合得到的金属基复合材料，能够兼顾高的热导率和可调控的热膨胀系数，是理想的散热材料。

本文对以 Si、 SiCp、金刚石、鳞片石墨为增强相的铜基及铝基复合材料的研究进展进行了总结，并就金属基复合材料目前存在的问题及未来的研究方向进行了展望。

关键词：制备；研究进展；金属复合材料提升相和基体原材料的润滑性对复合材料的热性能有很大影响。

除此之外，基体中加强相的趋向和分布、复合材料的相组成和微观结构也会影响到原材料的导热系数。

为了防止复合材料中加强相分别不匀、趋向不匀等问题造成导热系数降低，在挑选复合材料制备方式时，应充分考虑各种方法的优缺点，并完善相关工艺指标，就可以获得导热系数最理想的金属基复合材料。

现阶段，铜基和铝基复合材料的制备技术大概可以分为固相法和液相法两类。

固相法有热压烧结法、高温高压烧结法和等离子放电烧结法等，液相法有搅拌铸造法和熔渗法等。

一、热压烧结法热压是制备复合材料传统的方式，主要加工工艺是将基体与加强相粉末混合匀称，然后放入磨具中增加工作压力，除气后升温至固相线环境温度下，在空气、真空泵及保护气中致密化，产生复合材料。

热压烧结法是金属基复合材料的重要制备方式，此方法的优势是生产出的复合金属质量稳定，加强相和金属粉占比可调。

可是，缺陷非常明显，烧结必须使用磨具，无法制备外观繁杂、尺寸大的金属基复合材料，且工艺成本高。

Goryuk 研发了电子元件基材使用于SiC/Al复合材料的压合工艺流程之中，通过隔热保温时间与压力对SiC/Al复合材料相对密度和导热系数产生的影响。

通过Goryuk的研究最佳的制备参数为：烧结环境温度700摄氏度、烧结工作压力20 MPa、隔热保温时长1 h、保护气为N2。

选用该加工工艺所得到的复合材料导热系数为240 W m-1K-1。

金属基复合材料研究进展　张效宁,王　华,胡建杭,吴桢芬(昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南　昆明　650093) 摘　要:新材料的研究、发展与应用一直是当代高新技术的重要内容之一。

其中复合材料,特别是金属基复合材料在新材料技术领域中占有重要的地位。

金属基复合材料对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化,起到了至关重要的作用,因此倍受人们重视。

文章简单综述了金属基复合材料的发展,分类,性能和应用;以及增强体的选取,制成品的成型工艺,性能,以及应用和展望。

关键词:金属基复合材料;增强体;铝基复合材料;镁基复合材料;应用中图分类号:TG13　文献标识码:A　文章编号:1006-0308(2006)05-0053-06Review and Prospect of the Research on Metal Matrix CompositesZHANG Xiao-ning,WANG Hua,HU Jian-hang,WU Zhen-fen(Faculty of Materials and Metallur gical Engineering,Knuming University of Scienceand Technology,Kumming,Yunnan650093,China)A BSTRACT:The research,d evelop ment an d ap plication of n ew comp os ites are one of th e i mp ortant matters in mod ern high science and t echn p os ite mat erials,esp ecially metal matrix comp os ites,play a very importan t role in ne w materials field.Metal matrix composites ae p aid more atten tion f or that they have very strong effects on acceleration of the field of army and civil ian u tilization in th e worl d.The d evelop ment, class ificat ion,p rop erty an d application of metal-based materials are su mmarized bridfl y.The selection of rein forcin g particle,an d the mold ing tech-niq ues,property,ap plication and expectation of fin ished products are als o d iscus sed.KEY WORDS:metal matrix c omp os ites,rein forcin g p article,al uminu m matrix composites,magnesiu m matrix composites,app lication1　引　言复合材料[1～2]是继天然材料,加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。

金属基复合材料的现状与发展趋势金属基复合材料是指将金属作为基体材料，与其他非金属材料（如陶瓷、复合材料纤维等）进行复合制备的材料。

目前，金属基复合材料在诸多领域中得到了广泛的应用，包括航空航天、汽车、电子、建筑等。

金属基复合材料的现状主要体现在以下几个方面：1. 材料种类丰富：金属基复合材料的种类非常多样，包括金属基陶瓷复合材料、金属基纤维复合材料、金属基聚合物复合材料等。

不同种类的金属基复合材料具有不同的特性和应用领域。

2. 性能优良：金属基复合材料具有金属和非金属材料的优势，综合性能较好。

例如，金属基纤维复合材料具有较高的强度和刚度，金属基陶瓷复合材料具有较高的耐磨性和耐高温性能。

3. 制备技术成熟：金属基复合材料的制备技术已经较为成熟，包括热压、热等静压、粉末冶金、特殊金属/陶瓷涂覆等多种制备方法。

这些方法能够制备出具有均匀组织结构和良好性能的金属基复合材料。

未来，金属基复合材料的发展趋势主要包括以下几点：1. 变革材料设计：研究人员将继续探索金属基复合材料的设计、制备和性能调控方法，以实现更好的性能和应用。

例如，通过优化复合材料的界面结构和增加金属间化合物相的形成，进一步提高复合材料的力学性能和耐磨性能。

2. 发展新型金属基复合材料：随着科学技术的不断进步，新型金属基复合材料将不断涌现。

例如，碳纳米管增强金属基复合材料、石墨烯增强金属基复合材料等具有很高研究和应用价值。

3. 应用拓展：金属基复合材料在航空航天、汽车、电子等领域的应用将进一步拓展。

例如，开发具有轻质、高强度和高温耐受性能的复合材料，可用于制造飞机、汽车零件、电子器件等。

金属基复合材料具有广阔的应用前景，并且随着技术的发展和研究的深入，其性能和应用将得到进一步提高和扩展。

Sip/Al复合材料的发展及研究现状自1958年世界上第一块集成电路问世以来,微电子技术的核心及代表—集成电路(ＩＣ)技术经历了飞速的发展。

在微电子集成电路以及大功率整流器件中,因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成为微电子电路和器件的主要失效形式。

30%左右的芯片计算能力受到封装材料的限制,解决该问题的重要手段就是进行合理的封装。

此时封装对系统性能的影响已经变得与芯片同样的重要。

常见的电子元器件裸露在外的仅仅是它们的封装外壳。

电子封装就是把构成电子器件或集成电路的各种部件按规定的要求，实现合理布局、组装、键合、连接、与环境隔离和保护等操作工艺。

电子封装应当实现防止水分、尘埃及有害气体对电子器件或集成电路的侵入，减少震动、防止外力损伤和稳定元件参数的目的。

对电子元器件进行封装可以对内部结构起到保护、支撑的作用。

除此之外，由于电子元件在工作的时候会把消耗的一部分电能转化成热量，这些热量如果不能及时散发就会导致器件的失效，所以封装材料在很大的程度上起到了散热器的作用。

一些电子器件在特殊环境F工作时会与海水、酸雨、盐雾等等有腐蚀性的介质接触，这时外层的封装材料就会起到防腐蚀的作用。

在有电磁辐射的环境下，封装材料还可以起到防止局部高压、射频信号和因发热而伤害临近的电子器件的作用。

在运输以及使用过程中，封装材料对内部的电子元件起到了防止压力、震动、冲击和摩擦的作用。

基于电子封装所起的以上作用，对应用于电子封装的材料就提出了以下的要求：(1)导热性能良好导热性能是封装基片材料所要考虑的主要性能。

大规模集成电路(LSI)集成度、表面安装密度及半导体输出功率的不断提高，带来的主要问题之一就是电子元器件单位体积发热量显著增加。

大规模集成电路允许工作温度范围为0～70℃，可靠使用温度范围为0～40℃，当半导体器件发热面温度由100℃升高到125℃时，故障将会增加5～6倍。

电路高速运转而产生的热量甚至可以使电路温度达到400℃，如果封装基片不能及时散热，这将影响电子设备的寿命和运行状况。

电子封装材料的研究现状及进展
杨会娟;王志法;王海山;莫文剑;郭磊
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2004(018)006
【摘要】根据电子及封装技术的快速发展特点,通过比较几种传统的电子封装材料的优劣,以金属基复合材料为重点,阐述了三明治复合板KCK(Kovar/Cu/Kovar)的制作及性能,并展望了电子封装材料的发展方向及前景.
【总页数】3页(P86-87,90)
【作者】杨会娟;王志法;王海山;莫文剑;郭磊
【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TN4
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金属基复合材料的研究进展与应用前景金属基复合材料是一种具有金属基体和强化相的材料，能够综合发挥金属的优良性能和强化相的增强效果。

近年来，金属基复合材料得到了广泛的研究和应用，其研究进展和应用前景也备受关注。

本文将综述金属基复合材料的研究进展和应用前景。

一、金属基复合材料的研究进展1. 强化相的选择和设计强化相是金属基复合材料中起到增强作用的材料，通常是颗粒、纤维或片状结构。

近年来，随着纳米材料的研究和发展，纳米颗粒和纳米纤维作为强化相的应用逐渐成为研究的热点。

纳米颗粒和纳米纤维具有较大的比表面积和较好的强度，可以显著提高金属基复合材料的力学性能和热学性能。

2. 制备技术的改进金属基复合材料的制备技术对于材料性能具有决定性影响，近年来研究者们在制备技术方面进行了大量的改进。

传统的制备技术包括粉末冶金、熔融法和电化学沉积法等，这些方法能够制备金属基复合材料，但是制备工艺复杂、成本高。

近年来，研究者们开始探索新的制备技术，如激光熔融沉积、电子束熔凝等，这些新的制备技术具有制备精度高和能耗低的优点。

3. 性能测试与评价金属基复合材料的性能测试和评价是研究中的重要环节，目前主要包括力学性能测试、热学性能测试和耐腐蚀性能测试等方面。

力学性能测试包括拉伸性能、硬度、韧性等方面的测试，热学性能测试包括热膨胀系数、导热系数等方面的测试，耐腐蚀性能测试包括盐雾试验、腐蚀电位测试等方面的测试。

通过对金属基复合材料的性能测试和评价，能够了解材料的力学性能和热学性能，为进一步研究和应用提供依据。

二、金属基复合材料的应用前景1. 航空航天领域金属基复合材料具有高强度、高温稳定性和低密度等优点，能够满足航空航天领域对材料高性能的需求。

金属基复合材料在飞机、火箭、导弹等航空航天装备的结构材料中有广泛的应用前景。

例如，金属基复合材料可以用于飞机结构的轻量化设计，提高飞机的燃油效率和载重能力，同时保证结构的强度和刚度。

2. 汽车制造领域汽车制造领域也是金属基复合材料的应用领域之一。