AlSiC

El AlSiC , pronunciado "alsick" ^{[ 1 ]} , es un compuesto de matriz metálica que consiste en 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 que coincida con 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 multichip de alta densidad , donde ayuda a eliminar el calor residual .

Existen varias variantes:

• AlSiC-9 , que contiene un 37 % en volumen de aleación de aluminio A 356.2 y un 63 % en volumen de carburo de silicio. Su conductividad térmica es de 190–200 W/m K. Su expansión térmica coincide aproximadamente con la del arseniuro de galio , silicio , fosfuro de indio , alúmina , nitruro de aluminio , nitruro de silicio y nitruro de aluminio de cobre unido directamente . 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/ ^cm³ .
• AlSiC-10 , que contiene un 45 % en volumen de aleación de aluminio A 356.2 y un 55 % en volumen de carburo de silicio. Su conductividad térmica es de 190–200 W/m K. Su dilatación térmica es similar a la de, por ejemplo, placas de circuitos impresos , FR-4 y Duroid . Su densidad a 25  °C es de 2,96 g/ ^cm³ .
• AlSiC-12 , que contiene un 63 % en volumen de aleación de aluminio A 356.2 y un 37 % en volumen de carburo de silicio. Su conductividad térmica es de 170–180 W/m K. Es compatible con los mismos materiales que AlSiC-10. Su densidad a 25  °C es de 2,89 g/ ^cm³ .

Los compuestos de AlSiC son sustitutos adecuados para 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 resistentes 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 ), difusores de calor, carcasas para electrónica y tapas para chips, por ejemplo, microprocesadores y ASIC . Se pueden integrar inserciones metálicas y cerámicas y canales para un refrigerante en las piezas durante la fabricación. Los compuestos de AlSiC se pueden producir de forma relativamente económica (USD 2-4/lb en grandes series); sin embargo, el utillaje específico genera grandes gastos iniciales, lo que hace que el AlSiC sea más adecuado para diseños maduros. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Se pueden integrar tubos de calor en el AlSiC, aumentando la conductividad térmica efectiva a 500–800 W/m K.

Las piezas de AlSiC se fabrican típicamente mediante un enfoque de forma casi final , creando una preforma de SiC por moldeo por inyección de metal de una suspensión de SiC-aglutinante, cocción para eliminar el aglutinante, y luego infiltración a presión con aluminio fundido. Las piezas se pueden fabricar con suficiente tolerancia para no requerir mecanizado adicional. El material es completamente denso, sin huecos, y es hermético. Su alta rigidez y baja densidad lo hacen adecuado para piezas grandes con paredes delgadas, como aletas para disipación de calor. El AlSiC se puede recubrir con níquel y níquel- oro , u otros metales por proyección térmica . Se pueden insertar insertos de cerámica y metal en la preforma antes de la infiltración de aluminio, lo que resulta en un sellado hermético. ^{[ 3 ]} El AlSiC también se puede preparar por aleación mecánica . Cuando se utiliza un grado menor 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 se introducen durante el enfriamiento por las partículas de SiC, debido a su diferente coeficiente de expansión térmica. ^{[ 4 ]}

Un material similar es Dymalloy , que utiliza una aleación de cobre y plata en lugar de aluminio y diamante en lugar de carburo de silicio. Otros materiales son el cobre reforzado con fibra de carbono , el aluminio reforzado con diamante, el carbono reforzado y el grafito pirolítico .