压铸铝双金属散热器

为了解决散热问题，封装厂商在探索各种方法一些过热的晶体管可能不会对可靠性产生很大影响，但数十亿个晶体管产生的热量会影响可靠性。对于 AI/ML/DL 设计尤其如此，高利用率会增加散热，但热密度会影响每个先进的节点芯片和封装，这些芯片和封装用于智能手机、服务器芯片、AR/VR 和许多其他高性能设备。对于所有这些，DRAM布局和性能现在是首要的设计考虑因素。无论架构多么新颖，大多数基于 DRAM 的内存仍面临因过热而导致性能下降的风险。易失性内存的刷新要求（作为标准指标，大约每 64 毫秒一次）加剧了风险。“当温度提高到 85°C 以上时，就需要更频繁地刷新电容器上的电荷，设备就将转向更频繁的刷新周期，这就是为什么当设备变得越来越热，电荷从这些电容器中泄漏得更快的原因。不幸的是，刷新该电荷的操作也是电流密集型操作，它会在 DRAM 内部产生热量。天气越热，你就越需要更新它，但你会继续让它变得更热，整个事情就会分崩离析。”除了DRAM，热量管理对于越来越多的芯片变得至关重要，它是越来越多的相互关联的因素之一，必须在整个开发流程中加以考虑，封装行业也在寻找方法解决散热问题。选择最佳封装并在其中集成芯片对性能至关重要。组件、硅、TSV、铜柱等都具有不同的热膨胀系数 (TCE)，这会影响组装良率和长期可靠性。带有 CPU 和 HBM 的流行倒装芯片 BGA 封装目前约为 2500 mm2。一个大芯片可能变成四五个小芯片，总的来说，这一趋势会持续发展下去，因为必须拥有所有 I/O，这样这些芯片才能相互通信。所以可以分散热量。对于应用程序，这可能会对您有所一些帮助。但其中一些补偿是因为你现在有 I/O 在芯片之间驱动，而过去你在硅片中需要一个内部总线来进行通信。最终，这变成了一个系统挑战，一系列复杂的权衡只能在系统级别处理。可以通过先进的封装实现很多新事物，但现在设计要复杂得多，当一切都如此紧密地结合在一起时，交互会变多。必须检查流量。必须检查配电。这使得设计这样的系统变得非常困难。事实上，有些设备非常复杂，很难轻易更换组件以便为特定领域的应用程序定制这些设备。这就是为什么许多高级封装产品适用于大批量或价格弹性的组件，例如服务器芯片。对具有增强散热性能的制造工艺的材料需求一直在强劲增长。Chiplet模块仿真与测试进展工程师们正在寻找新的方法来在封装模块构建之前对封装可靠性进行热分析。例如，西门子提供了一个基于双 ASIC 的模块的示例，该模块包含一个扇出再分布层 (RDL)，该扇出再分配层 (RDL) 安装在 BGA 封装中的多层有机基板顶部。它使用了两种模型，一种用于基于 RDL 的 WLP，另一种用于多层有机基板 BGA。这些封装模型是参数化的，包括在引入 EDA 信息之前的衬底层堆叠和 BGA，并支持早期材料评估和芯片放置选择。接下来，导入 EDA 数据，对于每个模型，材料图可以对所有层中的铜分布进行详细的热描述。量化热阻如何通过硅芯片、电路板、胶水、TIM 或封装盖传递是众所周知的。存在标准方法来跟踪每个界面处的温度和电阻值，它们是温差和功率的函数。“热路径由三个关键值来量化——从器件结到环境的热阻、从结到外壳（封装顶部）的热阻以及从结到电路板的热阻，”详细的热模拟是探索材料和配置选项的最便宜的方法。“运行芯片的模拟通常会识别一个或多个热点，因此我们可以在热点下方的基板中添加铜以帮助散热或更换盖子材料并添加散热器等。对于多个芯片封装，我们可以更改配置或考虑采用新方法来防止热串扰。有几种方法可以优化高可靠性和热性能，”在模拟之后，包装公司执行实验设计 (DOE) 以达到最终的包装配置。但由于使用专门设计的测试车辆的 DOE 步骤耗时且成本更高，因此首先利用仿真。选择 TIM在封装中，超过 90% 的热量通过封装从芯片顶部散发到散热器，通常是带有垂直鳍片的阳极氧化铝基。具有高导热性的热界面材料 (TIM) 放置在芯片和封装之间，以帮助传递热量。用于 CPU 的下一代 TIM 包括金属薄板合金（如铟和锡）和银烧结锡，其传导功率分别为 60 W/mK 和 50 W/mK。随着公司从大型 SoC 过渡到小芯片模块，需要更多种类的具有不同特性和厚度的 TIM。Amkor 研发高级总监 YoungDo Kweon 在最近的一次演讲中表示，对于高密度系统，芯片和封装之间的 TIM 的热阻对封装模块的整体热阻具有更大的影响。“功率趋势正在急剧增加，尤其是在逻辑方面，因此我们关心保持低结温以确保可靠的半导体运行，”Kweon 说。他补充说，虽然 TIM 供应商为其材料提供热阻值，但从芯片到封装的热阻，在实践中，受组装过程本身的影响，包括芯片和 TIM 之间的键合质量以及接触区域。他指出，在受控环境中使用实际装配工具和粘合材料进行测试对于了解实际热性能和为客户资格选择最佳 TIM 至关重要。孔洞是一个特殊的问题。“材料在封装中的表现方式是一个相当大的挑战。你已经掌握了粘合剂或胶水的材料特性，材料实际润湿表面的方式会影响材料呈现的整体热阻，即接触电阻，”西门子的 Parry 说。“而且这在很大程度上取决于材料如何流入表面上非常小的缺陷。如果缺陷没有被胶水填充，它代表了对热流的额外阻力。”以不同的方式处理热量芯片制造商正在扩大解决热量限制的范围。“如果你减小芯片的尺寸，它可能是四分之一的面积，但封装可能是一样的。是德科技内存解决方案项目经理 Randy White 表示，由于外部封装的键合线进入芯片，因此可能存在一些信号完整性差异。“电线更长，电感更大，所以有电气部分。如果将芯片的面积减半，它会更快。如何在足够小的空间内消散这么多的能量？这是另一个必须研究的关键参数。”这导致了对前沿键合研究的大量投资，至少目前，重点似乎是混合键合。“如果我有这两个芯片，并且它们之间几乎没有凸起，那么这些芯片之间就会有气隙，”Rambus 的 Woo 说。“这不是将热量上下移动的最佳导热方式。可能会用一些东西来填充气隙，但即便如此，它还是不如直接硅接触好。因此，混合直接键合是人们正在做的一件事。”但混合键合成本高昂，并且可能仍仅限于高性能处理器类型的应用，台积电是目前仅有的提供该技术的公司之一。尽管如此，将光子学结合到 CMOS 芯片或硅上 GaN 的前景仍然巨大。结论先进封装背后的最初想法是它可以像乐高积木一样工作——在不同工艺节点开发的小芯片可以组装在一起，并且可以减少热问题。但也有取舍。从性能和功率的角度来看，信号需要传输的距离很重要，而始终开启或需要保持部分关断的电路会影响热性能。仅仅为了提高产量和灵活性而将模具分成多个部分并不像看起来那么简单。封装中的每个互连都必须进行优化，热点不再局限于单个芯片。可用于排除或排除小芯片不同组合的早期建模工具为复杂模块的设计人员提供了巨大的推动力。在这个功率密度不断提高的时代，热仿真和引入新的 TIM 仍然必不可少。

电子产品在长时间使用后会出现过热或被烧坏的现象，研究人员最新研制出一种能够让电子产品快速散热的新材料。　　据当地媒体7日报道，德国弗劳恩霍夫制造工程和应用材料研究所、德国西门子和奥地利攀时集团共同研发了一种新材料，这种材料是在铜中加入掺兑金属铬的钻石粉末，其导热能力是纯铜的1.5倍。　　研究人员介绍说，通常情况下钻石和铜是不容易混合到一起的，而在钻石粉末中添加金属铬就能使钻石粉末表面产生一层碳化物膜，这种膜能有效地将二者混合起来。新材料满足了小型多功能电子产品快速散热的需要。

近日，中国汽车工程学会正式发布团体标准《汽车用高强韧类高真空压铸铝合金材料技术条件》（T/CSAE 198－2021）。该标准由汽车轻量化技术创新战略联盟提出，苏州有色金属研究院有限公司牵头，联合中铝材料应用研究院有限公司、广东鸿图科技股份有限公司、安徽江淮汽车集团股份有限公司、中铝山西新材料有限公司、南通鸿劲金属铝业有限公司、重庆长安汽车股份有限公司、东风汽车集团有限公司等多家整车及材料企业共同研制。根据《中国汽车产业发展报告(2020)》的数据显示，2005年~2017年，我国交通行业的二氧化碳排放量始终保持稳定增长态势，占比从8%增长到10%。随着汽车保有量的增长，道路交通的碳排放增长速度较高。根据公安部统计的最新数据显示，2020年全国汽车保有量达2.81亿辆，已有70座城市的汽车保有量超过百万辆。汽车保有量的增长，导致交通行业碳排放量增长速度要远高于其他行业。相关预测显示，到2025年交通运输行业的碳排放量将在现有的基础上增加50%。2020年10月，由工信部指导编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》明确指出，我国汽车产业碳排放将于2028年左右提前达峰，至2035年，碳排放总量较峰值下降20%以上。在汽车行业，推动节能减排首要的任务之一是实现汽车的轻量化。目前我国正加快汽车轻量化进程，大力发展新能源汽车尤其是电动汽车，主要是通过车身连接件、电池托盘等结构件的铝化实现轻量化的目标。这些结构件对强度和韧性均提出了较高的要求，采用真空压铸技术和高强韧压铸铝合金制备汽车结构件越来越被主机厂接受。但是，我国目前仅有针对传统非承载压铸件的压铸铝合金材料标准，严重制约了我国汽车轻量化特别是新能源汽车的快速发展。因此，在这种背景下，汽车轻量化技术创新战略联盟提出制定汽车用高强韧类高真空压铸铝合金材料的团体标准，旨在通过本标准规范汽车用铝合金结构零件对压铸铝合金的整体要求，推动汽车轻量化行业的快速发展。本标准规定了汽车用高强韧类高真空压铸铝合金材料的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、贮存和运输。在术语和定义方面，通过定义一种压铸前快速抽出型腔中的气体，使模具型腔中的真空度不超过50mbar，确保液态金属在高压作用下，以极高的速度充填模具型腔，并在一定压力作用下冷却凝固而得到铸件的成形工艺，引出高强韧类高真空压铸铝合金材料，并将其定义为抗拉强度大于180MPa，屈服强度大于120MPa，同时伸长率大于8%，且适合于高真空压铸成形的铸造铝合金材料。在技术要求方面，主要从外观质量、化学成分、力学性能、含氢量、夹渣量、断口组织、显微组织七个方面对该压铸铝合金材料进行规定，其中化学成分对合金的Si、Fe、Mn、Mg、Sr、Cu、Ti等元素进行了规定，同时对杂质的单项和杂质的总和进行了规定。在力学性能方面包括金属型铸造和高真空压铸条件下单铸试棒的室温拉伸性能、硬度、冲击韧性及疲劳性能，并给出了推荐的的热处理工艺和力学性能。在含氢量方面规定了铸锭针孔度等级和含氢量的最大值，具体包括建议铸锭针孔度等级不低于二级，合金液中含氢量不超0.2ml/100gAl。在夹渣量方面，若客户对夹渣量有要求时，应在订货单或合同中注明具体等级，并规定不应低于二级，同时利用测渣仪进行定量判定，夹渣量等级满足90s内通过的铝合金液超过2200g或者夹渣统计不超过0.15mm2/kg铝液。在试验方法方面，化学成分的试验方法按照GB/T7999-2015的规定执行。力学性能的检测方法中，拉伸性能的试验方法按GB/T 228.1-2010的试验要求的规定执行，硬度的试验方法按GB/T229-2020中的规定执行，冲击韧性的试验方法按GB/T 231.1-2018的规定执行，疲劳性能的试验方法按GB/T3075-2008的规定执行。本标准充分考虑了汽车行业用到的高强韧类铸造铝合金材料，适用于汽车薄壁结构件用高强韧真空压铸铝合金材料标准，也适用于其它高强韧类铸造铝合金的评价内容、评价方法及评价标准，可为主机厂及压铸件供应商在汽车车身结构件方面提供选材及检测要求基准，对于规范其在汽车结构件上的应用有重要的指导意义。