《新型(高性能低成本)电子封装材料》阶段性研究报告

科技型中小企业技术创新基金项目《新型（高性能低成本）电子封装材料》阶段性研究报告主持企业名称：绵阳华通磁电有限公司企业所在地：绵阳市长虹大道南段172号2011年8月10日-1-1.合同约定本项目实施的阶段目标为乙方在项目申请材料的“产品化实施计划”中所表述的内容。2.本项目的验收考核指标2.1总体指标本项目在合同到期时，完成总投资560万元（其中新增投资400万元），企业资产规模达到976.25万元，就业人数达67人，其中因本项目实施新增就业人数达12人。2.2技术指标本项目所采用的主要（关键）技术及应达到的技术性能指标为乙方在项目申请材料的“项目技术与产品实现”中表述的内容。2.3项目实施目标本项目在合同到期时，项目产品形态为工业中间产品，项目所处阶段达到中试，项目产品销售达到批量，产品化拟执行的质量标准类型为国家标准。2.4经济指标在本合同第二条规定的项目执行期内，本项目累计实现销售收入840万元，累计缴税108.83万元，累计净利润297.91万元。3.项目概述项目产品是根据金刚石和铜的配置原理，采用金刚石与铜的浸润技术、高温高压下的两面顶合成成型技术及金刚石表面处理技术，自主研发出的一种新型电子封装材料。具备更高的热导率、更低的热膨胀系数及密度、更低的成本等性能。产品的主要技术参数为：产品规格22.86mm×9.8mm×1.52mm，热导率≥550Wm-1K-1，热膨胀系数（CTE）≤5×10-6/℃，密度D≤5g/cm3;，漏率≤1×10-3Pa.l/s，弹性模量≥350GPa。项目产品能进行常规的线切割、研磨加工、可在表面镀金、镀镍，是现代电子器件、集成电路、微波功率器件等产业的新型、高端的电子封装材料，尤其在计算机及微电子、大功率半导体激光器、军用雷达系统都有广泛应用，能充分解决元器件的散热问题，大大提高了整机的散热性能、工作稳定性和可靠性。本项目所涵盖技术及条件已较为成熟，且通过四川省科技信息研究所查新表明:在国内未见有同类材料达到本项目产品的技术指标。公司将通过本项目的实施，进行产品的产业化生产，以促进我国电子元器件行业的技术进步，并打破日、美对市场的垄断，树立中国人自己的品牌，振兴民族工业。4.企业概况绵阳华通磁电有限公司公司依托西南应用磁学研究所在材料及高压物理领域的众多高层次技术人才，拥有国内一流的实验和检测装备，特别在金属材料合成技术、粉末冶金技术、高温高压技术及检测技术等方面具有雄厚的科研实力，在两面顶高压技术中的合成腔体结构优化、合成生产过程控制及高压合成可靠-2-性、合成工艺稳定性方面具有强大的技术开发能力。同时，公司还积极开展对外技术交流，与知名大学或研究机构进行技术合作，建立产、学、研一体化的技术研发中心，共同开发深加工技术及下游产品。公司现已同西南科技大学建立了联合实验室，为公司新产品的开发提供了强劲的动力。公司组建了专门从事电子封装材料研究及产品开发的技术中心，每年从销售额中提取7%以上的费用用于技术创新，目前累计对本项目的投资共计232.13万元，其中含研发费用52.06万元，含生产设备投资的105.4万元。公司自成立以来，在改革创新的道路上不断开拓进取，在引进技术的基础上，通过自主开发了以精密高效的中小规格的金属基复合材料为主的系列产品。公司于2003年申报的四川省科技攻关项目“两面顶粉末合成工艺研究”，获得拨款20万元；2005年主持申报四川省科技攻关项目“两面顶特征金刚石合成工艺研究”，获得拨款10万元；2006年获发明专利“纳米-纳米型Al2O3基复相陶瓷及其制备方法”；2007年申报四川省科技支撑计划项目“纳米硬质合金刀具的开发和应用”等。公司对产品进行了合理的规划，根据市场需求及时调整了新产品开发计划、产品改良计划；通过销售数据分析区域主导产品，拟制出区域产品销售组合；根据不同区域市场特征及现有客户网络资源状况，拟制出区域产品的渠道定位。同时加深与中国物理工程研究院、827所、绵阳九州、绵阳长虹、深圳金瑞中核、福建福晶电子等现有伙伴公司的合作关系，并通过适度的前期市场宣传工作进一步推广本项目产品，提高产品的认知度。另外，公司在产品研发技术不断成熟的同时，也正积极组建上海、东莞、苏州、深圳、北京等地的营销网点。绵阳华通磁电有限公司目前与国内有名的几个电子生产厂家建立意向性合作关系。公司具有专业的营销团队，按片区、按行业细分市场，熟悉国内行业市场，了解磁性材料及金属基复合材料的发展趋势，为今后的营销工作奠定了良好的基础。公司坚守“诚信是企业的生命，企业为了生存和发展，必须讲求信用”的宗旨。公司定期与供应商沟通，依据公司生产需求，对采购账龄、采购类型结构、供应商价格对比分析，充分利用供应商给予公司的信用标准、信用期间和现金折扣政策，降低采购成本。并按时付款，与供应商建立良好的信用合作关系，树立良好的企业形象。公司信用等级评定为“AA”。四、企业现有生产设施设备条件1、生产能力我公司拥有生产用标准厂房近四千平方米，厂内水、电、气等基础设施完备；现有技术与生产人员27人。公司根据本项目发展情况的进展需要，计划建立了专业的功能材料生产线1条，目前本项目正处于研发阶段。为将本项目产品形成批量生产，早日投放市场，公司租用或购置了高精密线切割机一台，热等静压机一台，大型热处理器一台，抛光机一台，金像分析仪一台，动力辅助设备两套等，且公司拥有严格的管理制度和质量保证体系。公司建立了完善的生产流程，从建立初就聘有专业质控人员按ISO9001:2000标准管控生产线的建设布置、设备操作规程和中试生产质量过程控制，并根据最新标准及时作出调整。部分生产设备见下图：企业发展情况一、公司最初成立情况及企业发展历程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，从技术的发展趋势来看，电子封装材料在向“低膨胀、高导热、易加工、稳定性高”的方向发绵阳华通磁电有限公司是专业从事高性能复合材料生产与研发的企业，拥有一流的复合材料生产及研发人才。公司注册成立于2005年，注册资金100万元。-3-2005年至2007年，公司利用先进的两面顶生产技术，专业生产高品级的金刚石单晶及复合片，产品性能指标接近或达到美国G.E.公司、英国E6公司相应牌号产品水平，可完全替代进口；2007年至2009年，公司主要生产金刚石硬质合金复合片及相关产品，应用于大型液晶电视、电脑、手机、小型游戏机、便携式音乐播放器等液晶显示器及HDD（硬盘驱动器）内。2009年至2010年，公司主要注重于电子封装材料的研发，且于2009年成立了专门的研发小组来研究开发该项目产品。公司于2005年成立，到位人员共45人，总资产100万元，净资产100万元。曾经获得（或申请过）创新基金支持情况2006年获发明专利“纳米-纳米性Al2O3基复相陶瓷及其制备方法”；2007年申报四川省科技支撑计划项目“纳米硬质合金刀具的开发和应用”。5.项目主要内容及创新点电子封装材料一般需要低的热膨胀系数、高的热导率、低的密度及一定的强度。现在所使用的材料包括陶瓷（AlN、Al2O3、SiC）和金属基复合材料（如Cu-W、Cu-Mo、Al-SiC），它们的热膨胀系数相对于半导体材料是匹配的，但是热导率却远远不足。金刚石是已知自然界中热导率最高的物质，具有超高的热导率（单晶金刚石的热导率可达到2000Wm-1K-1），且在室温下是绝缘体，在半导体、光学等方面也具有优良特性，但单一的金刚石不易做成封装材料，且成本很高，较理想的是用其做成金属基复合材料。铜是工业领域最重要的工程材料之一，具有优良的导电性能和高的导热性能，它的热膨胀系数（CTE）为17*10-6K，热导率（TC）为400Wm-1K-1，符合电子封装基片材料的热膨胀系数和高热导率的使用性能要求。因此，本项目利用超高热导率、低膨胀的单晶金刚石粉粒和导电性能、导热性能良好的铜粉粒，按照一定的比例在无氧装置中混合均匀，再成型、烧结制备成：①热导率高（550Wm-1K-1），②低且可调的热膨胀系数（5*10-6/℃）；③低密度（5g/cm3）；④高硬度的金刚石/铜复合材料。项目国内外研究开发现状随着电子工业的飞速发展，电子封装、组装的高密度、高速度化集成电路对封装材料的性能提出了更为严格的要求。金刚石/铜复合材料具有作为电子封装材料所需要的优良性能，并且根据具体的使用需要，能通过调整复合材料中金刚石和铜的比例，设计其最终的热导率和热膨胀系数的范围，因此金刚石/铜复合材料已成为了国内外电子封装领域研究的重点。早在1995年，美国LawrenceLivemore国家实验室与SunMicrosystems公司就合作开发了金刚石/铜复合材料，取名为Dymalloy，其热导率达到420Wm-1K-1，25℃~200℃时的CTE为（5.48~6.50）*10-6/K，与GaAs、Si的热膨胀系数相匹配，作为多芯模块（MCM）的基板使用，但制备工艺复杂，成本极高。最近几年，工业发达国家特别是日本对金刚石/铜复合材料做了大量研究，且已有商业化产品出现。2002年6月日本SomitomoElectricIndustries(SEI)公司开发出金刚石/铜复合材料，取名为Diamond-Metal-CompositeforHeatSinK(DMCH)。2006年，日本科学家YasuyukiiAgafi等采用放电等离子烧结法制备出金刚石体积分数为60%的金刚石/铜复合材料，其热导率可达到600Wm-1K-1以上。美国AdvancedDiamondSolutions（ADS）公司开发了两代金刚石/铜复合材料，第二代复合材料的热导率达到了1200Wm-1K-1，三倍于铜的热导率（见图2所示），直径可达60mm，厚度为1.5～3.0mm。-4-本项目国内发展现状与国外相比，国内对于金刚石/铜复合材料的研究还主要集中在金刚石工具和模具的制造方面，对于金刚石/铜复合材料在电子封装领域的研究还很少，急需给予更多的关注和探索研究。最近，北京科技大学、湖南大学、北京有色金属研究总院等高校和科研院所开始了相关的研究工作，但都处于理论研究和试验阶段，没有成品出现。并且在性能指标上与国外产品有较大的差距，无法满足新一代微波功率管封装的需要。截止目前，除本项目所述产品外，国内尚无任何厂家有同类或类似的产品可达到相同技术指标。6.项目技术路线描述6.1主要研究内容（1）原材料的研究本项目所使用的原材料主要是金刚石、铜，还有少量的辅助材料，作为添加剂。作为基体材料的铜必须是纯铜，密度为8.92g/cm3，熔点为1083℃。铜的热膨胀系数（CTE)为17*10-6/℃，热导率为400Wm-1K-1。铜的特点也正好符合了电子封装材料的低热膨胀系数和高热导率的使用要求。铜里面的杂质对铜的力学性能和物理性能影响较大，应严格控制其含量，当然在铜中加入一定的添加剂，可以改善金刚石与铜的界面结合程度，降低热膨胀系数。作为增强体材料的金刚石，其密度为3.52g/cm3。天然金刚石的热导率为2600Wm-1K-1，是铜的6倍，而人造金刚石的热导率也在400Wm-1K-1以上，另外金刚石的比热在室温下为515J/（Kg*K），也是相当高的，这使得金刚石成为微电子领域和切割工具中最具吸引力的材料。在该项目中应对金刚石表面进行金属化处理，使其具备金属或类金属性能，这样能改善金刚石与铜的浸润性，提高界面结合强度，降低界面热阻。金刚石的颗粒尺寸以及与铜的体积比对复合材料的各项最终性能有重大影响。金刚石的粒度粗，局部铜和金刚石的比例有一定变化，影响材料的性能均匀，粒度细，高温下影响铜的流动，造成烧结困难，影响材料的最终性能。采用高压下铜渗流方式制备复合材料时，金刚石颗粒尺寸一定程度上决定了金刚石和铜的比例。（2）金刚石表处理研究金刚石与常用的导热材料基体如铜、银、铝等的浸润性极差，在制备金刚石铜复合材料之前对金刚石表面进行处理，经过处理后主要有以下作用：①提高金属对金刚石的粘接能力以及金刚石与金属的结合强度。②提高金刚石的导热能力，改善了金刚石内部缺陷如裂纹、