高体积分数铝碳化硅复合材料热导率影响因素

     高体积分数铝碳化硅（ＳｉＣｐ／Ａｌ，也有文献写为ＳｉＣ／Ａｌ、ＡｌＳｉＣ）复合材料是一种无机非金属颗粒增强型金属基复合材料，采用金属Ａｌ或Ａｌ合金作基体，按设计要求，以一定形式、比例和分布状态，用体积分数不小于３５％的ＳｉＣ颗粒作增强体，具有高热导率（＞２００Ｗ／（ｍ·Ｋ））、热膨胀系数可调（（６．５～１２．５）×１０－６／Ｋ）、高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低密度和良好的尺寸稳定性等优异的力学和热物理性能.这些性能使封装体与芯片的热膨胀系数相匹配，并起到良好的导热作用，解决了电路的热失效问题,提高了元器件的可靠性和稳定性，大幅度提高了各种微波、微电子以及功率器件、光电器件的封装性能，有望替代分别以Ｋｏｖａｒ和Ｗ－Ｃｕ、Ｍｏ－Ｃｕ等合金材料为代表的第一、第二代专用电子封装材料。另外ＳｉＣｐ／Ａｌ的抗震性比陶瓷好，是恶劣环境下的首选材料。由于ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料具有优异的热物理性能及力学性能，国际上早在２０世纪９０年代初就开始研发和使用新一代电力、电子热管理材料，产品初期主要用于航空航天领域，禁止出口中国.

     在欧美等发达国家，高体积分数铝碳化硅已率先实现工业化生产，其应用领域也从军事、航空航天普及到民用市场，如大功率民用电子、ＩＧＢＴ（绝缘栅双极型晶体管）功率基板、无线基站、汽车电子、高亮度ＬＥＤ（发光二极管）等。在国内，研究高体积分数ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料的机构很多，理论也比较成熟，但由于生产成本高、工业化产品性能不稳定，尚没有实现大规模工业生产。

     铝碳化硅复合材料的热物理性能可以根据使用需求调整，其热导率取决于各组分的导热能力、体积分数、ＳｉＣ相的分布形式和粒径、界面以及材料制备过程中所产生的气孔、微裂纹等工艺因素。研究结果表明：复合材料的热导率随着ＳｉＣ体积分数的增加、ＳｉＣ颗粒尺寸的减小、界面层的增厚、基体合金中Ｓｉ元素的增加而降低；热膨胀系数随着ＳｉＣ体积分数的增加而降低，基体合金中添加Ｓｉ元素有利于热膨胀系数的降低，而ＳｉＣ颗粒的尺寸、形貌对热膨胀系数的影响尚有争议，需进一步研究。