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铝硅复合材料与铝碳化硅复合材料的区别

铝硅是硅增强铝基复合材料的简称,铝碳化硅是碳化硅增强铝基复合材料的简称。所谓铝基,是指在复合材料中,铝是连续分布的基材。

那么,铝硅和铝碳化硅中,增强体材料的不同是造成两种复合材料最大区别的地方。硅晶体硬度低于碳化硅陶瓷,呈现脆性,热导率远低于碳化硅陶瓷。碳化硅陶瓷则非常坚硬。两者的复合界面都是二氧化硅。

另外,两者的制造工艺有所不同。铝硅复合材料更倾向于使用共喷沉积方法制造,而碳化硅熔融温度太高,不适合共喷沉积方法制造,业界最倾向于使用的方法是真空压力铸造方法制造铝碳化硅复合材料。这与两种材料的使用方法不同有关。

从材料使用角度看,功率电子封装是它们共同的应用领域,因为两者都具备高热导率和低热膨胀系数的特点。并且两者材料重量都和铝一样轻,是航空、航天等领域替代钨铜的主力军。

材料性能方面,铝碳化硅的指标全部都高于铝硅。铝碳化硅材料的热导率是铝硅材料的1.6倍,导热能力明显强,并且抗弯强度更好,而铝硅材料很脆,容易断裂。可以说,铝碳化硅各方面性能都优于铝硅,那么,为什么还需要铝硅材料呢?这是因为铝硅材料可以机械加工,这使其在高精度零件制造方面优势明显。而铝碳化硅硬度高,很难机加成形。

市场上,铝硅复合材料是以材料的形式出售的,按公斤出售,或按体积出售。而铝碳化硅不能以材料形式出售,只能做成具体的零件样子后出售,类似陶瓷制品。铝碳化硅硬如陶瓷,只能用金刚石刀具或立方氮化硼刀具进行简单加工。

铝硅目前主要应用于军品的电子封装方面,可以机械加工成复杂形状的壳体,低体积分数的铝硅还可以相互焊接到一起,用于封盖。形状不是那么复杂的零件,则多采用性能更为优异的铝碳化硅。

铝碳化硅强度如铸铁,耐磨性能和陶瓷一样好,重量和铝一样轻,热导率比铝高出很多,因此应用领域广泛。在电子封装方面,用铝碳化硅代替钨铜,热导率超过钨铜33%,重量只有钨铜的1/5不到;在结构件与耐磨件方面,铝碳化硅因为重量轻,热变形小,在航空、航天应用广泛。如在铝碳化硅中加入部分陶瓷纤维,可以使用铝碳化硅强度达到高强度钢材的地步,同时,重量还是和铝一样轻。

目前美国的铝碳化硅复合材料的典型应用有如下方面:机载相控阵雷达衬底(平板状);高性能计算机或服务器CPU盖板;功率电子封装,如IGBT模块基板;战机腹鳍;柴油机活塞;航空航天用轴承;机器人结构件;直升机结构件;光电子器件、光纤焊接器件;不间断电源;坦克防弹砖;飞机刹车盘;混合电路封装壳体(墙是可伐焊接的);反射望远镜背板;通信基站电子封装基板等。

西安法迪复合材料有限公司通过真空压力浸渗法生产上述两种材料。考虑铝碳化硅优势明显的性能,我们尽可能用近净成形方法生产高精度铝碳化硅零件。

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铝碳化硅(AlSiC)材料优势:

  • 陶瓷的热膨胀系数,完美匹配芯片;
  • 超越钨铜和铝合金的热导率;
  • 铸铁的强度与45号钢的韧性;
  • 铝一样轻,比钛合金轻一半;

铝碳化硅早期应用于美军机雷达芯片衬底,用于替代钨铜。替代后散热效果优异,并且使雷达整体减重10公斤,这使铝碳化硅材料得到重视。

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