CN102690982A - 一种Si-Al合金复合封装构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Si-Al合金复合封装构件，所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为51~70%；所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为30~55%。本发明采用将两种或以上不同热膨胀系数的Si-Al材料复合成为封装构件，具有与梯度封装结构相似的功效，从而既防止了封装底板变形，又保证了封盖焊接的可靠性。

Description

一种Si-Al合金复合封装构件
技术领域
本发明涉及一种电子封装构件，具体地，本发明涉及一种Si-Al合金复合封装构件。
背景技术
目前，微电子集成电路已发展到超大规模阶段，电子封装器件的管脚越来越多，管脚间距越来越小，电子封装的输入、输出已从最初的四边引线型、平面阵列型、球栅阵列封装发展为多芯片组件封装。电子封装主要有四个作用：为微电子器件提供机械支撑和环境保护，避免有害环境对器件的影响，放置局部高电流、电压信号以及因发热而影响周围的器件；为封装内外电路提供信号输入输出通路；提供散热通路。
热膨胀性能：半导体器件在工作过程中均不同程度地产生热量，其过程中，芯片与芯片基座表面、连线和焊点之间产生的热应力会对封装结构产生不利的影响，甚至导致电子电路的损坏或造成封装结构的变形等不良后果。因此，封装材料的热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion，CTE)是特别重要的材料参数之一。半导体器件材料一般具有较低的CTE，例如，Si的CTE为2.3~4.3×10-6/℃，砷化镓的CTE接近6×10-6/℃。因此封装材料应具有较低的热膨胀系数（与半导体器件材料相同或稍高一些）。
导热性：“集成度”的概念是指一只芯片中放置的微电子元件数，表征微电路的复杂性和完善性。半导体技术的发展趋势是增加集成度，减小芯片的物理尺寸。这样芯片表面散发热量将会增加。因此，封装时需要采用具有良好导热能力的材料以满足提高集成度带来的散热要求。
密度：先进电子技术的应用，尤其是在航空、航天及海洋系统中，对轻量化提出了更高的要求，重量的增加将会带来极大的额外成本。每公斤有效载荷的空运成本为50000英镑，而对于战术和战略导弹，减重将会大幅度地提高有效射程。据资料介绍，如果用密度低于3g/cm3的复合材料代替密度超过8g/cm3的Kovar合金，一架先进战斗机的雷达系统将减重数公斤。所以，材料轻量化所产生的经济和军事效益是显而易见的。
封装工艺性能：作为封装材料还需具有合理的封装工艺性能，包括可机械加工性、可表面处理性以及装配性等。
电子封装直接影响集成电路和器件的电、热、光和机械性能，同时对系统的小型化、轻量化起着关键的作用。因此要求电子封装材料具有低膨胀系数、低密度、高热导率和良好机械性能，同时具有良好的封装工艺性能、高可靠性和低成本。
复杂电路基板多为复合陶瓷材质，其热膨胀系数约为7ppm/K，而目前用于封装的Al-50Si复合材料热膨胀系数约11ppm/K。当电路基板与Al-50Si底板完成钎焊后，由于二者热膨胀系数的差距，造成封装底板存在残余应力引起微量变形。如图1所示采用ANSYS有限元分析软件，通过建立简化模型仿真分析电路基板（LTCC）与Al-50Si复合材料底板钎焊后的残余应力及应变分布云图，通过计算结果可见残余应力最高达50MPa，残余应变为2×10-1，造成构件变形。
另外，封装构件的上封盖一般采用激光焊铝合金薄板形式，由于铝合金材质与Al-Si复合材料极高的Si成分差异，易导致焊接区域内初晶硅颗粒粗化、破碎以及形成尖锐棱角的形貌，成为焊接热裂纹的源头，导致发生封装结构密封失效。
如本发明图2所示为不同Si含量的Si-Al复合材料激光焊接区域扫描电镜图片。A图中可以看出初晶硅的破碎，B图中圆圈所标注地方，可以看到熔池气孔。
因此，最为理想的封装构件应是一种梯度性的结构，即封装底板应具有与复杂电路基板（LTCC）相近的热膨胀系数，以避免形成焊接残余热应力；封装侧壁与封装盖板焊接区域又具有与封盖铝板相近的合金成分，以保证焊接区域组织的均匀性。这样的封装结构是一种自上而下热膨胀系数逐步降低的梯度结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Si-Al复合封装构件，所述构件的是一种梯度性的结构，即封装底板应具有与电路基板（LTCC）相近的热膨胀系数，以避免形成焊接残余热应力；封装侧壁与封装盖板焊接区域又具有与封盖铝板相近的合金成分，以保证焊接区域组织的均匀性。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
所述Si-Al复合封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为51~70%。
Al-Si复合材料电子封装材料中，高体积分数的硅基体保证了其较低的热膨胀系数，从而很好地解决了与电子芯片相匹配的问题，而合金内部连通分布的铝金属则保障了封装材料高的导热散热性能，硅和铝单质两者的低密度同时保证了合金材料的轻质性能。同时，硅和铝在地球上的含量十分丰富，硅粉与铝粉单质的制备工艺也相当成熟，成本比较低。所以硅铝复合材料电子封装材料有望成为一种应用前景广阔的电子封装材料，特别是用于航空航天及便携式电子器件等高科技领域。
Si-Al复合材料中，随着Si含量的增大，Si-Al复合材料的热膨胀系数逐渐减小。现有技术中，LTCC基板为复合陶瓷材质，其热膨胀系数约7ppm/K，而目前用于封装的Al-50Si复合材料热膨胀系数约11ppm/K。因此，需要降低现有的封装底板材料的热膨胀系数。
因此，本发明所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为51~70%，例如52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%。
所述封装底板可以采用某一单一Si含量的Si-Al复合材料，也可以采用两种或两种以上的不同Si含量的Si-Al复合材料进行复合得到封装底板。例如，封装底板可以采用Si含量分别为52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%的Si-Al复合材料，也可以选择上述至少两种的组合，例如52%Si-Al复合材料和53%Si-Al复合材料的组合，54%Si-Al复合材料和55%Si-Al复合材料的组合，56%Si-Al复合材料和57%Si-Al复合材料的组合，58%Si-Al复合材料和59%Si-Al复合材料的组合，60%Si-Al复合材料和61%Si-Al复合材料的组合，62%Si-Al复合材料和63%Si-Al复合材料的组合，64%Si-Al复合材料和65%Si-Al复合材料的组合，66%Si-Al复合材料和67%Si-Al复合材料的组合，68%Si-Al复合材料和69%Si-Al复合材料的组合，69%Si-Al复合材料和70%Si-Al复合材料的组合。
作为优选技术方案，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为55~70%，优选60~70%，进一步优选70%。
本发明所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为30~55%，例如31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、49.5%。
所述封装侧壁可以采用某一单一Si含量的Si-Al复合材料，也可以采用两种或两种以上的不同Si含量的Si-Al复合材料进行复合得到封装侧壁。例如，封装侧壁可以采用Si含量分别为31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、49.5%、50%的Si-Al复合材料，也可以选择上述至少两种的组合，例如31%Si-Al复合材料和32%Si-Al复合材料的组合，33%Si-Al复合材料和34%Si-Al复合材料的组合，35%Si-Al复合材料和36%Si-Al复合材料的组合，37%Si-Al复合材料和38%Si-Al复合材料的组合，39%Si-Al复合材料和40%Si-Al复合材料的组合，41%Si-Al复合材料和42%Si-Al复合材料的组合，43%Si-Al复合材料和44%Si-Al复合材料的组合，45%Si-Al复合材料和46%Si-Al复合材料的组合，47%Si-Al复合材料和48%Si-Al复合材料的组合，49%Si-Al复合材料和50%Si-Al复合材料的组合。
作为优选技术方案，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为35~50%，优选40~50%，进一步优选40%或50%。
综上所述，可以得知，本发明所述封装构件中的封装底部可以选择单一Si含量的Si-Al复合材料，也可以采用两种或两种以上的不同Si含量的Si-Al复合材料进行复合得到封装底板，所述封装底部的具体材料选择如上所述，本发明在此不再一一赘述。
本发明所述封装构件中的封装侧壁可以选择单一Si含量的Si-Al复合材料，也可以采用两种或两种以上的不同Si含量的Si-Al复合材料进行复合得到封装侧壁，所述封装侧壁的具体材料选择如上所述，本发明在此不再一一赘述。
本发明典型但非限制性的封装构件为：所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为51~70%，例如52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%。所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al合金中Si元素的质量百分比为30~55%，例如31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、49.5%。
本发明典型但非限制性的封装构件为：所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为70%；所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为40%。
本发明典型但非限制性的封装构件为：所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为70%；所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为50%。
本发明典型但非限制性的封装构件为：所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为65%；所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为40%或50%。
本发明所述40%Si-Al或50%Si-Al或70%Si-Al复合材料即：上述复合材料中Si的质量百分比分别为40%或50%或70%，本发明在此不对所有的Si-Al复合材料一一列举。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用将两种或以上不同热膨胀系数的Si-Al材料复合成为封装构件，具有与梯度封装结构相似的功效，在本发明优选方案中，所述封装底板采用与LTCC基板热膨胀系数相同的70%Si-Al复合材料，而封装侧壁采用激光焊接工艺成熟的40%Si-Al或50%Si-Al复合材料，从而既防止了封装底板变形，又保证了封盖焊接的可靠性。
附图说明
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1：LTCC基板与Al-50Si复合材料底板焊接后的残余应力计应变分布云图；
图2：Si-Al复合材料激光焊接区域的扫描电镜图片，其中，A、B图分别表示不同Si含量的Si-Al复合材料；
图3：实施例1所述封装构件结构示意图，A：封装构件立体图，B：封装构件剖面图
a：封装侧壁为50%Si-Al合金材料；b：封装底板为70%Si-Al复合材料；
图4：实施例1所述50%Si-Al和70%Si-Al复合材料的扫描电镜图片；
a：50%Si-Al复合材料；b：70%Si-Al复合材料。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本发明典型但非限制性的封装构件为：所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为70%；所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为50%。
实施例2
本发明典型但非限制性的封装构件为：所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为70%；所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为40%。
实施例3
一种Si-Al复合封装构件，所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为51%。所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为30%。
实施例4
一种Si-Al复合封装构件，所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为60%。所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为55%。
实施例5
一种Si-Al复合封装构件，所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为70%。所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为40%。
本发明采用将两种或以上不同热膨胀系数的Si-Al材料复合成为封装构件，具有与梯度封装结构相似的功效，在优选的实施方案中，封装底板采用与LTCC基板热膨胀系数相同的70%Si-Al复合材料，而封装侧壁采用激光焊接工艺成熟的40%Si-Al或50%Si-Al复合材料，从而既防止了封装底板变形，又保证了封盖焊接的可靠性。
应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种Si-Al合金复合封装构件，其特征在于，所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为51~70%。
2.如权利要求1所述的封装构件，其特征在于，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为55~70%，优选60~70%，进一步优选70%。
3.如权利要求1或2所述的封装构件，其特征在于，所述封装底板的材料为单一Si含量的Si-Al复合材料。
4.如权利要求1-3之一所述的封装构件，其特征在于，所述封装底板的材料为两种或两种以上的不同Si含量的Si-Al复合材料。
5.如权利要求1-4之一所述的封装构件，其特征在于，所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为30~55%。
6.如权利要求5所述的封装构件，其特征在于，所述Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为35~50%，优选40~50%，进一步优选40%或50%。
7.如权利要求5或6所述的封装构件，其特征在于，所述封装侧壁的材料为单一Si含量的Si-Al复合材料。
8.如权利要求5-7之一所述的封装构件，其特征在于，所述封装侧壁的材料为两种或两种以上的不同Si含量的Si-Al复合材料。
9.如权利要求1-8之一所述的封装构件，其特征在于，所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为70%；
所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为40%。
10.如权利要求1-8之一所述的封装构件，其特征在于，所述封装构件的封装底板的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为70%；
所述封装构件的封装侧壁的材料为Si-Al复合材料，Si-Al复合材料中Si元素的质量百分比为50%。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106493352A (zh) * 2016-11-29 2017-03-15 广东坚美铝型材厂（集团）有限公司 一种硅铝合金电子封装材料及其制备方法
CN111269028A (zh) * 2020-03-05 2020-06-12 哈尔滨工业大学（威海） 氮化硅陶瓷表面金属化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张磊等: "热等静压对电子封装60wt %Si-Al 合金组织与性能的影响", 《塑性工程学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106493352A (zh) * 2016-11-29 2017-03-15 广东坚美铝型材厂（集团）有限公司 一种硅铝合金电子封装材料及其制备方法
CN106493352B (zh) * 2016-11-29 2018-08-10 广东坚美铝型材厂（集团）有限公司 一种硅铝合金电子封装材料及其制备方法
CN111269028A (zh) * 2020-03-05 2020-06-12 哈尔滨工业大学（威海） 氮化硅陶瓷表面金属化方法

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