第30卷第6期临沂师范学院学报2008年12月V0I．30NO．6JournalofLinyiNormalUniversityDec．2008铜基电子封装材料研究进展王常春，朱世忠2，孟令江(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2760023．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—050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[1-41．一般来说，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[51．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[6,71．传统的电子封装材料(见表1l8】)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：金属基复合材料临沂师范学院学报第30卷要低得多，这就阻碍了其进一步应用．cu和A1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．金属基复合材料(MMCs)兼备金属易加工、高导热、高导电的性能以及增强体轻质、低膨胀的性能，同时它还具有良好的尺寸稳定性、高的耐磨性和耐腐蚀性及性能的可设计性I9．“】．这一系列优点使它成为替代传统电子封装材料的最佳选择．到目前为止，颗粒及纤维增强铝基复合材料已在电子封装材料领域得到了广泛应用，其材料制备及加工工艺已日臻成熟，铝基复合材料产品的使用开发及理论研究也逐渐深入．然而，与铝基复合材料相比，有关铜基复合材料的理论研究与开发应用尚不成熟，迫切需要进行更多的探索和研究．铜基复合材料具有与铝基复合材料相似的性能，如优良的物理和力学性能以及适中的价格，可以作为导电、导热功能材料用于航空航天、微电子等领域．而且由于cu的热膨胀系数比A1低，但导热率比Al高，因此选用cu代替AI制备的铜基复合材料将是极具竞争力的候选材料之一．目前，高强度导电铜基复合材料在美国、日本、德国等发达国家开发研究异常活跃，并在某些方面取得突破性进展；我国也把目光投向铜基复合材料，并对其物理和力学性能进行了逐步的探索和研究．1铜基电子封装材料的研究现状1．1颗粒增强型铜基电子封装材料颗粒增强型铜基复合材料所用的增强相粒子主要有W、Mo、SiCp等低膨胀系数粒子．在常规的颗粒增强型结构复合材料中，增强相的体积分数一般都很小，而对于电子封装用颗粒增强铜基复合材料而言，由于cu本身的热膨胀系数较大，为了能够与Si、GaAs等芯片的基体相匹配，需要加入大量的低膨胀颗粒，才能得到热膨胀系数较低的电子封装材料．如在Mo／Cu复合材料中，Mo的质量分数为60％～85％，其热膨胀系数在(6．279．0)x10一K，热导率在150～220w／(m．K)．在Mo／cu复合材料出现前，人们对w／cu电子材料的理论研究比较多，建立了各种各样的数学模型预测其热学性能．由于航空航天及军事领域对重量的要求，使得人们寻求一种密度更低的材料，Mo／Cu电子材料逐渐得到了人们的重视．与w／cu相比，Mo／Cu的CTE值和TC值相差不大，但密度却比w／cu低得多，这在航空航天领域有着明显的经济意义．与SiCp／A1相比，Mo／Cu复合材料密度较大，但是Mo／cu复合材料具有一定的微波屏蔽功能，并且强度高、稳定可靠．Mo／cu、w／cu复合材料也存在着一些缺点：Cu—Mo和cu—w之间不相溶或润湿性极差，而且二者的熔点相差很大，给材料制备带来了一些困难；同时制备的w／cu及Mo／cu复合材料气密性不好，致