栢林电子封装材料有限公司

近日，中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所先进材料中心研发团队，在先进电子封装材料研究方面取得系列进展，相关成果发表在 Composites Part A: Applied Science and Manufacturing、Material Research Express、Composites Part A: Applied Science and Manufacturing、Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 上。

新型处理器的运行速度越来越快，高性能仪器的能耗在不断增加，这迫使廉价的“辅助基板”或“依赖设备”要跟上发展的步伐，热管理技术逐渐成为工程师们必须考虑的问题，对绝缘场合用作封装和热界面材料使用的高热绝缘材料的需求越来越高。在半导体管与散热器的封装、管芯的保护、管壳的密封，整流器、热敏电阻器的导热绝缘，微包装中多层板的导热绝缘组装及新型高散热电路基板等方面都需要不同工艺性能的导热绝缘材料。研究和开发高导热绝缘、力学性能优异的导热材料显得非常重要。

石墨烯、碳纳米管等碳材料具备优异的传热性能，但其导电性能限制了它们在电子材料中的应用。六方氮化硼（hBN）作为石墨烯的等电子体，具有一定的能隙、原子级平整的表面，且表面没有悬挂键，适合与石墨烯通过非共价键进行杂化。课题组在不破坏材料结构的情况下，设计自组装合成出系列石墨烯/六方氮化硼（Graphene/hBN）杂化结构（图1-3）。利用导热组分在聚合物中选择性分布，获得绝缘导热杂化结构（图4）。通过模拟，验证了该杂化材料在散热领域的应用可行性。该类聚合物基复合材料拥有优异的传热性能和电绝缘性能，该材料在先进电子封装领域以及热管理领域具有广阔的应用前景。

在上述工作的基础上，合肥研究院应用所研究员田兴友主持一项国家重点研发计划项目，将带领课题组进一步开展导热基板材料的研究与应用开发。

图1.二乙基三胺（DETA）同步氨基化还原氧化石墨烯以及其与带相反电性的乳液颗粒之间的静电自组装流程图。

图2.（a）六方氮化硼@功能化石墨烯结构示意图；（b）复合材料导热性能示意图；（c）模拟复合材料在实际电子器件中的散热效果。

图3.（a）六方氮化硼和功能化石墨烯所形成的双层结构拉曼图；（b）复合材料导热性能示意图；（c）模拟复合材料在实际电子器件中的散热效果。

图4.导热组分的选择性分布图

来源：中国科学院合肥物质科学研究院

铝碳化硅(AlSiC)是铝基碳化硅颗粒增强复合材料的简称，它充分结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势，具有高导热性、与芯片相匹配的热膨胀系数、密度小、重量轻，以及高硬度和高抗弯强度，是新一代电子封装材料中的佼佼者。

铝碳化硅封装材料满足了封装的轻便化、高密度化等要求，适用于航空、航天、高铁及微波等领域，是解决热学管理问题的首选材料，其可为各种微波和微电子以及功率器件、光电器件的封装与组装提供所需的热管理，新材料——铝碳化硅的应用也因此具有很大的市场潜力。

时代亦可以材料命名

科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用，新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。

人类社会的发展也无时不伴随着对自然界物质的改造与利用，石器时代伴随人类度过原始生活，铁器时代带来农业文明，以及后来金、银、陶瓷在人类生活中的地位都表明，人类发展史同样也是一部物质材料的发展史。

“十三五规划”就明确就提出构建产业新体系，推动生产方式向柔性、智能、精细转变，促进新一代信息通信技术、新材料、生物医药及高性能医疗器械等产业发展壮大。

新材料在国防建设上作用重大。例如，超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生，使计算机运算速度从每秒几十万次提高到每秒百亿次以上;航空发动机材料的工作温度每提高100℃，推力可增大24%;隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现等等。

铝碳化硅封装材料的发展已历经三代

第一代是以塑料、金属、陶瓷等为主的简单封装，主要的用途是将器件封装在一起，起到包封、支撑、固定、绝缘等作用，这代封装材料目前主要用于电子产品的封装。

第二代封装材料，以可伐(Kovar)合金、钨铜合金产品为代表，其对于航天、航空、军工国防及以便携、袖珍为主要趋势的当代封装业来讲，有先天的劣势。

第三代封装材料即是以铝碳化硅为代表的产品。铝碳化硅（AlSiC）是将金属的高导热性与陶瓷的低热膨胀性相结合，能满足多功能特性及设计要求，具有高导热、低膨胀、高刚度、低密度、低成本等综合优异性能，是当今芯片封装的最新型材料。目前已大量应用到航空航天、新能源汽车、电力火车，微电子封装等领域。

铝碳化硅封装材料具有较大的市场潜力

目前，国内生产铝碳化硅产品的企业有3家左右，国外企业有7家左右，美国企业4家、欧盟企业1家、日本企业2家。其中，在国内有代理商的有两家企业。

从公开资料来看，多数企业技术研发实力较强、生产装备好、产品品种多、技术先进，具有各类管壳和平板基片产品的研发和生产能力。

日本DENKA化学株氏会社和美国CPS公司是目前世界上规模最大的生产铝碳化硅基板产品的两家企业。目前，上述两家公司占据了铝碳化硅行业绝大部分的市场份额。

铝碳化硅可实现低成本的、无须进一步加工的净成形，还能与高散热材料(金刚石、高热传导石墨等)的经济性并存集成，满足大批量倒装芯片封装、微波电路模块、光电封装所需材料的热稳定性及散温度均匀性要求，同时也是大功率晶体管、绝缘栅双极晶体管的优选封装材料，提供良好的热循环及可靠性。

业内预计，未来中国新材料产值增长速度将保持在每年20%以上。到2020年，中国新材料产业市场规模有望达到数万亿元。巨大的市场需求为新材料产业提供了重要的发展机遇。

来源：铝加网