AlSiC , pronunciado "alsick", [1] es un compuesto de matriz metálica que consta de una matriz de aluminio con partículas de carburo de silicio . Tiene una alta conductividad térmica (180-200 W / m K) y su expansión térmica se puede ajustar para adaptarse a otros materiales, por ejemplo, chips de silicio y arseniuro de galio y diversas cerámicas . Se utiliza principalmente en microelectrónica como sustrato para dispositivos semiconductores de potencia y módulos de chips múltiples de alta densidad , donde ayuda a eliminar el calor residual .
Existen varias variantes:
- AlSiC-9 , que contiene 37% en volumen de aleación de aluminio A 356.2 y 63% en volumen de carburo de silicio. Su conductividad térmica es 190-200 W / m K. Su expansión térmica coincide aproximadamente con el arseniuro de galio , silicio , fosfuro de indio , alúmina , nitruro de aluminio , nitruro de silicio y nitruro de aluminio de cobre de unión directa . También es compatible con algunas cerámicas cocidas a baja temperatura , por ejemplo, Ferro A6M y A6S, Heraeus CT 2000 y Kyocera GL560. Su densidad a 25 ° C es de 3,01 g / cm 3 .
- AlSiC-10 , que contiene 45% en volumen de aleación de aluminio A 356.2 y 55% en volumen de carburo de silicio. Su conductividad térmica es 190-200 W / m K. Su expansión térmica coincide aproximadamente, por ejemplo, con placas de circuito impreso , FR-4 y Duroid . Su densidad a 25 ° C es de 2,96 g / cm 3 .
- AlSiC-12 , que contiene 63% en volumen de aleación de aluminio A 356.2 y 37% en volumen de carburo de silicio. Su conductividad térmica es de 170–180 W / m K. Generalmente es compatible con los mismos materiales que AlSiC-10. Su densidad a 25 ° C es de 2,89 g / cm 3 .
Los compuestos AlSiC son sustitutos adecuados de las aleaciones de cobre - molibdeno ( CuMo ) y cobre- tungsteno ( CuW ); tienen aproximadamente 1/3 del peso del cobre, 1/5 del CuMo y 1/6 del CuW, lo que los hace adecuados para aplicaciones sensibles al peso; también son más fuertes y rígidos que el cobre. Se pueden utilizar como disipadores de calor, sustratos para electrónica de potencia (por ejemplo, IGBT y LED de alta potencia ), esparcidores de calor, carcasas para electrónica y tapas para chips, por ejemplo, microprocesadores y ASIC . Los insertos y canales de metal y cerámica para un refrigerante se pueden integrar en las piezas durante la fabricación. Los compuestos de AlSiC se pueden producir a un precio relativamente bajo (USD 2-4 / lb en series grandes); Sin embargo, las herramientas dedicadas generan grandes gastos iniciales, lo que hace que AlSiC sea más adecuado para diseños maduros. [1] [2] Los tubos de calor se pueden incrustar en AlSiC, aumentando la conductividad térmica efectiva a 500-800 W / m K. [ cita requerida ]
Las piezas de AlSiC se fabrican típicamente con un enfoque de forma casi neta , creando una preforma de SiC mediante moldeo por inyección de metal de una suspensión de aglutinante de SiC, quemando para eliminar el aglutinante y luego infiltrando a presión con aluminio fundido. Las piezas se pueden fabricar con suficiente tolerancia para no requerir más mecanizado. El material es completamente denso, sin vacíos y hermético. Su alta rigidez y baja densidad se adapta a piezas más grandes con paredes delgadas, como aletas para disipar el calor. AlSiC puede recubrirse con níquel y níquel - oro , o con otros metales mediante pulverización térmica . Se pueden insertar inserciones de cerámica y metal en la preforma antes de la infiltración de aluminio, lo que da como resultado un sello hermético. [3] El AlSiC también se puede preparar mediante aleación mecánica . Cuando se utiliza un menor grado de contenido de SiC, las piezas se pueden estampar a partir de láminas de AlSiC.
La matriz de aluminio contiene una gran cantidad de dislocaciones , responsables de la resistencia del material. Las dislocaciones son introducidas durante el enfriamiento por las partículas de SiC, debido a su diferente coeficiente de expansión térmica. [4]
Un material similar es Dymalloy , con aleación de cobre y plata en lugar de aluminio y diamante en lugar de carburo de silicio. Otros materiales son cobre reforzado con fibra de carbono , aluminio reforzado con diamante, carbono-carbono reforzado y grafito pirolítico .
Referencias
- ^ a b "Empaquetado para el camino" . Memagazine.org. Archivado desde el original el 13 de febrero de 2010 . Consultado el 7 de febrero de 2010 .
- ^ "Microsoft Word - hoja_de_datos.doc" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 24 de julio de 2011 . Consultado el 7 de febrero de 2010 .
- ^ Mark Occhionero, Richard Adams, Kevin Fennessy y Robert A. Hay, Carburo de silicio de aluminio (AlSiC) para paquetes microelectrónicos avanzados Archivado el23 de julio de 2011en la Wayback Machine , Reunión de Boston de mayo de 1998 de IMAPS
- ^ Vogelsang, Mary; Arsenault, RJ; Fisher, RM (1986). "Un estudio HVEM in situ de generación de dislocaciones en interfaces Al / SiC en compuestos de matriz metálica" . Las operaciones metalúrgicas A . 17 (3): 379. Bibcode : 1986MTA .... 17..379V . doi : 10.1007 / BF02643944 .