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鄒小姐：13326633089 -
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隨著通訊技術的迭代升級，半導體器件的迅速發展，芯片集成電路密度不斷增加，器件性能不斷提高，散熱問題成了迫切解決的問題和行業熱點，對散熱新材料也提出了更高性能的要求。于是，超高導熱材料的隨之爆發，引起學術、產業研究熱潮。
其中，高導熱金屬基復合材料結合了金屬材料和無機非金屬材料的性能，表現出高熱導率、高強度、低密度和熱膨脹系數可調等綜合優勢，有望解決未來高性能電子器件的熱管理難題，未來10年或可大規模應用于電力電子、微波通信、軌道交通和航空航天等領域。
常用熱管理材料熱導率-熱膨脹系數分布
電子封裝對熱管理材料性能的總體要求
傳統的應用于電子封裝領域的導熱材料主要包括Al2O3、W/Cu、Mo/Cu、Invar合金、Kovar合金和AlN等，這些材料由于導熱率低或熱膨脹系數高等原因已不能滿足應用要求，對電子器件正常工作效率和使用壽命構成巨大威脅，尤其是以高功率的絕緣柵雙極型晶體管( IGBT) 、微波、電磁、光電等器件為典型應用的高科技技術領域和以有源相控陣雷達、高能固體激光器等為典型應用的國防技術領域的迫切應用需求。
常用電子封裝材料的熱學性能
電子封裝對熱管理材料性能的總體要求包括:
（1）熱膨脹系數(CTE)與半導體材料（硅、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅等）匹配或接近：減小與半導體之間的熱應力，避免熱應力失效；
（2）高熱導率：能將半導體產生的熱量及時均勻化并散除到環境中；
（3）足夠的強度?剛度和韌性：對半導體和器件起到良好的支撐和保護作用；
（4）高氣密性：抵御外部高溫、高濕、腐蝕或交變條件等有害環境，構筑高可靠性工作空間；
（5）成型性與表面控制：易加工成型或可近終成型，并滿足表面質量控制要求（鍍金、粗糙度、平整度等）；
（6）輕質化：密度盡可能低，利于器件的結構輕量化設計；
（7）其他特殊要求：如功能特性要求（電磁/射頻/輻射屏蔽、導電/絕緣等），成本控制與競爭性要求（成品率高、適于批量生產、價格低等）。
高導熱金屬基復合材料的制備
金屬基復合材料(Metal Matrix Composites，MMC)是以具有較高導熱率的金屬為基體，以具有較高導熱率無機非金屬的纖維、晶須、顆粒或納米顆粒等為增強體，經復合而成的新材料，是現代最具競爭優勢的新型熱管理材料。
鋁、銅、鎂因其相對較高的熱導率、較低的密度以及優異的加工性，目前已經成為熱管理用金屬基復材的主流基體，常用的增強相主要包括增強體主要是各種形式的碳材料（碳纖維、熱解石墨、金剛石顆粒）、碳化硅顆粒、硅顆粒等。
（1）金屬基復合材料的制備方法
針對金屬基復合材料的制備方法已經形成了多種體系，包括固相法、液相法、氣態法、原位生成法等。
金屬基復合材料制備方法
與其他金屬基復合材料相比，“碳金復材”中碳材料與金屬基體的浸潤性較差，若制備方法不當得到的復合材料的熱導率反而低于金屬基體本身。國內外研制“碳金復材”時，多采用壓力浸滲法，以獲得更強的界面結合強度。
壓力浸滲法是指通過施加壓力（真空壓力或自排氣壓力），突破增強體的表面張力將金屬液體滲透進增強體預制件中，然后凝固成型的方法，其具有適用性高、界面強度高和可定制性高的優勢，增強體的體積分數通常可達到50%~80%。該方法應用于“碳金復材”，易于獲得高強度、高導熱、低膨脹等特性的近凈成型產品，可免于后續的復雜加工過程，可廣泛應用于電子封裝和航空航天等領域的散熱器件?
（2）影響金屬基復合材料導熱性能的主要因素
增強體的物性（種類、含量、尺寸）、金屬基體的物性（種類、純度）、增強體/基體的復合界面熱導及增強體在基體中的空間分布是主要影響金屬基復合材料導熱性能的因素。其中，復合界面始終是決定金屬基復合材料導熱性能的關鍵因素，納米尺度界面改性設計可能是未來進一步提高金屬基復合材料熱導率的一個重要途徑。
常見的金屬基復合材料
（1）鋁基復合材料
鋁基復合材料在金屬基復合材料中發展最成熟，主要包括硅/鋁(Sip/Al)、碳纖維/鋁(Cf/Al)、碳化硅/鋁(SiCp/Al)、金剛石/鋁(Diamond/Al)等，不僅比強度、比剛度高，而且導熱性能好、熱膨脹系數可調、密度低，在航空航天、交通運輸及其他移動系統等結構輕量化應用領域極具競爭優勢，尤其是Sip/Al和SiCp/Al復合材料在國內外已得到廣泛應用。
電子封裝用SiCp/Al復合材料
（2）銅基復合材料
純銅導電性好，熱導率高(385～400W/m·K)，約為純鋁的1.7倍，熱膨脹系數也低于純鋁。與鋁基復合材料相比，銅基復合材料只需添加更少量增強體，熱膨脹系數即可與半導體相匹配，并易于獲得更高熱導率。
更為重要的是，銅基復合材料不僅可集成高導熱、低膨脹系數以滿足熱管理功能特性，還具有良好的耐熱、耐蝕與化學穩定性，可在更大程度上滿足高溫、腐蝕環境等極端服役條件的要求，如核電工程、酸堿及干濕冷熱交替的大氣環境等。
因此，在密度非第一考慮要素時，銅基復合材料往往是先進熱管理材料的理想選擇，尤其是金剛石/銅(Diamond/Cu)復合材料，近年來已發展成為金屬基復合材料的研究熱點之一。然而，銅密度高，且與增強體之間存在界面結合和潤濕性問題，嚴重阻礙了其性能提升與熱管理應用，目前已得到研究者的廣泛關注。
C/Cu導熱復合材料
（3）輕質鎂基復合材料
與Al、Cu相比，Mg具有更低的密度，但其熱導率也可達到150W/m·K，尤其通過高導熱碳纖維、金剛石顆粒復合強化，進一步提高熱導率的同時，降低其熱膨脹系數，從而使熱管理用金屬基復合材料進一步提高比熱導，促進輕量化領域應用。
事實上，日本住友電工已提供SiCp/Mg復合材料熱管理產品，熱導率(230W/m·K)比SiCp/Al復合材料產品提高15%以上，同時密度可降低6%以上，從而比熱導率提高18%以上，對航天領域的輕量化設計而言有著特殊的重要意義。
總結
隨著半導體器件功率密度的不斷攀升，對熱管理材料熱導率提出了更高要求，具有超高熱導率的新一代封裝材料金屬/金剛石、金屬/石墨復材開始進入了人們的視野，產業化趨勢明朗。
近年來，以“碳金復材”為代表的高性能金屬基復合材料，正朝著高散熱性能、低熱膨脹、高強韌、超薄等方向快速發展，有望突破國家重大戰略需求如航天、電子通訊及器件等領域的技術發展中面臨的高功率密度電子器件散熱瓶頸問題。
電子封裝產業鏈結構
隨著“碳中和、碳達峰”政策的進一步落地，寬禁帶半導體、化合物半導體將迎來需求的爆發，相關器件將向高性能、低功耗方向快速發展；同時隨著國際形勢的不斷變化，以及對太空探索的進一步推進，國防與航天等領域對器件性能將提出更高要求。未來數年，高熱導率金屬基復合材料將迎來黃金發展期，真正迎來大規模的產業化。
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