AlSiC鋁基碳化硅是目前機加工領域中相對比較偏門的門類，這種材料和金屬及陶瓷都不相同。它既有著陶瓷的硬度，又有著金屬的韌性，因此在加工的時候要特別注意，要摸清材料的加工特性，才能做出比較好的產品。今天小編就來說說AlSiC的相關內容，希望可以幫到大家。
一、淺識鋁碳化硅（AlSiC）
鋁碳化硅（AlSiC）金屬基熱管理復合材料，是電子元器件專用電子封裝材料，主要是指將鋁與高體積分數的碳化硅復合成為低密度、高導熱率和低膨脹系數的電子封裝材料，以解決電子電路的熱失效問題。
特性概況：1) AlSiC具有高導熱率（170～200W/mK）和可調的熱膨脹系數（6.5～9.5×10-6/K），因此一方面AlSiC的熱膨脹系數與半導體芯片和陶瓷基片實現良好的匹配，能夠防止疲勞失效的產生,甚至可以將功率芯片直接安裝到AlSiC基板上；另一方面AlSiC的熱導率是可伐合金的十倍，芯片產生的熱量可以及時散發(fā)。這樣，整個元器件的可靠性和穩(wěn)定性大大提高。
2) AlSiC是復合材料，其熱膨脹系數等性能可通過改變其組成而加以調整，因此電子產品可按用戶的具體要求而靈活地設計，能夠真正地做到量體裁衣，這是傳統(tǒng)的金屬材料或陶瓷材料無法作到的。
3) AlSiC的密度與鋁相當，比銅和Kovar輕得多，還不到Cu/W的五分之一，特別適合于便攜式器件、航空航天和其他對重量敏感領域的應用。
4) AlSiC的比剛度（剛度除以密度）是所有電子材料中最高的：是鋁的3倍，是W-Cu和Kovar的5倍，是銅的25倍，另外AlSiC的抗震性比陶瓷好，因此是惡劣環(huán)境（震動較大，如航天、汽車等領域）下的首選材料。
5) AlSiC可以大批量加工，但加工的工藝取決于碳化硅的含量，可以用電火花、金剛石、激光等加工。
6) AlSiC可以鍍鎳、金、錫等，表面也可以進行陽極氧化處理。
7) 金屬化的陶瓷基片可以釬焊到鍍好的AlSiC基板上，用粘結劑、樹脂可以將印制電路板芯與AlSiC粘合。

8) AlSiC本身具有較好的氣密性。但是，與金屬或陶瓷電子封裝后的氣密性取決于合適的鍍層和焊接。
9) AlSiC的物理性能及力學性能都是各向同性的。

由于AlSiC電子封裝材料及構件具有高彈性模量、高熱導率、低密度的優(yōu)點， 而且可通過 SiC體積分數和粘接劑添加量等來調整膨脹系數，實現與GaAs芯片和氧化鋁基板的熱匹配； 同時可近凈成形形狀復雜的構件，因此生產成本也較低，使其在微波集成電路、功率模塊和微處器蓋板及散熱板等領域得到廣泛應用。力學性能與用作結構材料的鋁基復合材料相比, AlSiC 電子封裝材料的力學性能研究工作很少, 如果用作封裝外殼材料, 其力學性能也是結構設計的重要數據。
SiC 體積分數相同, 因基體合金和浸滲技術的不同, AlSiC 封裝材料的彎曲強度和彈性模量相差較大。
SiC體積分數為70%時, 與用 Al-Si-Mg系合金和無壓浸滲制備的復合材料相比, 用 AlSi20合金和擠壓鑄造技術制備的復合材料的彎曲強度提高了37%，但彈性模量降低 17%。SiC 體積分數為60%和采用擠壓鑄造制備復合材料時, 與基體為 AlSi12合金的相比, 基體合金為 Al-Cu4MgAg 的 AlSiC 封裝材料的彎曲強度和彈性模量分別提高73. 2% 和18%。
表1中所使用的基體合金，除 99. 7% Al 合金外, 其余均是可熱處理強化的合金, 改變熱處理工藝可獲取不同性能的封裝構件, 如 60vol% SiCp/ AlCu4M gAg 封裝材料, 鑄造態(tài)和T6態(tài)的彎曲強度分別為 673. 2M Pa和 703. 5M Pa，而布氏硬度則分別為273和360。氣密性眾所周知, 氣密性是封裝材料及構件的重要指標之一, 氣密性不好會使外界水汽、 有害離子或氣體進入封裝構件中, 使封裝構件產生表面漏電、結構發(fā)生變化、 參數變化等失效模式。影響AlSiC 電子封裝材料氣密性的主要因素有: 制備工藝、 材料表面粗糙度等。如采用擠壓鑄造、 真空壓力浸滲和無壓浸滲制備AlSiC封裝材料, 材料孔隙率分別為 0. 7% ~ 3%、 0. 5% ~2%和 2. 9% ~ 5. 9%。為提高材料的氣密性, 必須減小材料中的孔隙率, 由于 AlSiC 中含有大量堅硬的 SiC 粉末, 因此常采用熱等靜壓工藝進行致密化處理。國外廠商生產的 AlSiC封裝材料的氣密性指標都小于 10- 10 Pa?m3 / s。

分別采用真空壓力浸滲和無壓浸滲制備的 AlSiC 封裝材料的氣密性均能達到小于 5x 10- 9 Pa?m3 / s, 滿足了國軍標對封裝材料氣密性的要求。

AlSiC 復合材料的顯微組織如下圖所示。由圖可以看到AlSiC復合材料的組織均勻致密，無雜質、氣孔等缺陷，細小的SiC 顆粒充分填充到粗大顆粒的間隙中，分布均勻，無顆粒團聚現象，致密的組織不但可以提高復合材料的導熱率，還能提高材料的力學性能。熱膨脹系數熱膨脹系數的測試結果如圖2所示。
60%A1SiC復合材料25℃～100℃之間的平均線膨脹系數介于(6.7～8.4 ) x 10-6K-1之間， 低于常用封裝材料 Mo/10vol%Cu( 8.7x 10-6K-1)的熱膨脹系數，能夠滿足電子封裝應用的性能要求。
AlSiC 復合材料的熱膨脹系數隨著溫度升高而增加，在相同溫度下隨著SiC 顆粒體積分數的增加而降低。對復合材料而言， 其熱膨脹系數主要取決于基體的熱膨脹系數和增強體通過基體 一增強體界面對基體的制約程度。一方面，由于鋁的熱膨脹系數隨溫度的提高而增大，導致復合材料的熱膨脹系數也隨溫度提高而增大。 另一方面，隨溫度提高，復合材料中增強體-基體界面?zhèn)鬏d能力下降，增強體對基體膨脹的制約能力降低，也導致復合材料熱膨脹系數隨溫度提高而增大。
導熱能力 表給出了不同體積分數的AlSiC復合材料的熱導率測試結果，從中可以看出，50%AlSiC 復合材料室溫的熱導率在170W ( m?K )-1 左右，與傳統(tǒng)的高導熱封裝材W、Mo、Mo/10vol%Cu 的熱導率相近，是Kovar的10倍，已經達到了電子封裝材料的高導熱要求。溫度對AlSiC復合材料的影響不大，但總體上呈現出隨溫度升高材料熱導率逐漸減小的趨勢。當溫度相同時，AlSiC復合材料的熱導率隨著體積系數的增大而減少。增強相體積分數的增加，在復合材料內部引入了大量的界面，這些界面的存在阻礙了熱傳導的進行，使材料熱導率降低。
力學性能圖3是不同體積分數下AlSiC復合材料的彎曲度。該材料的彎曲強度隨著SiC體積分數的增加呈現減少趨勢。增強相體積分數增加，復合材料的脆性增大，基體缺乏足夠的塑性來傳播很高的局部應力，致使復合材料達到正常強度前斷裂。而且復合材料的強度還與增強相的大小、形狀以及材料的制備工藝有關。在顆粒含量、尺寸及內部缺陷作用下，使得高體積分數AlSiC復合材料的彎曲強度并不隨SiC體積分數增大而增大。 圖4為AlSiC復合材料彎曲試樣斷口的掃描電子顯微鏡照片。從圖4中可以看到。對于體積分數較高的復合材料整體上呈現出脆性斷裂的特征，但在復合材料斷口中存在少量的撕裂棱和韌窩，具有一定的塑性變形的特征。體積相分數越高，材料脆性斷裂的特征就越明顯。
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