2025年4月23日，三菱綜合材料株式會(huì)社（Mitsubishi Materials Corporation）成功開發(fā)出兼具高導(dǎo)熱性、低熱膨脹性及優(yōu)異加工性能的金屬-陶瓷復(fù)合材料。
圖1：新開發(fā)的金屬-陶瓷復(fù)合材料的工件外觀示例
（左：圓柱材料車床加工，右：板材鉆孔加工）
隨著xEV等應(yīng)用場景中半導(dǎo)體器件功率密度持續(xù)提升，發(fā)熱量顯著增加；同時(shí)半導(dǎo)體制造設(shè)備對(duì)精密溫控的要求也日益嚴(yán)格。這些趨勢(shì)使得半導(dǎo)體封裝周邊部件及制造設(shè)備零件需要比傳統(tǒng)方案更先進(jìn)的熱管理能力。為滿足這一需求，兼具金屬高導(dǎo)熱率與陶瓷優(yōu)異機(jī)械特性的金屬-陶瓷復(fù)合材料成為行業(yè)焦點(diǎn)。
其中，由鋁（金屬）與碳化硅（陶瓷）構(gòu)成的鋁碳化硅（簡稱"Al-SiC"）材料因其高導(dǎo)熱率和低熱膨脹系數(shù)被廣泛應(yīng)用于關(guān)鍵部件。但受限于現(xiàn)有制造工藝，該材料始終難以平衡各項(xiàng)性能指標(biāo)。當(dāng)前Al-SiC主要采用熔滲法或鑄造法生產(chǎn)：熔滲法因需使鋁完全浸透碳化硅骨架，僅能制造薄板等簡單形狀制品，且以碳化硅為主的成分雖實(shí)現(xiàn)低熱膨脹，卻導(dǎo)致導(dǎo)熱率不足及加工困難；鑄造法則面臨碳化硅分散不均的難題，若要顯著降低熱膨脹系數(shù)則需大量添加碳化硅，反而會(huì)犧牲材料導(dǎo)熱性能。
圖2：新開發(fā)的Al-SiC組織結(jié)構(gòu)示意圖（與以往產(chǎn)品的比較）
基于此，三菱材料充分發(fā)揮其粉末冶金技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過精密控制材料微觀組織，成功開發(fā)出同時(shí)實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱、低熱膨脹與優(yōu)異加工性的新型金屬-陶瓷復(fù)合材料。該材料的創(chuàng)新之處在于設(shè)計(jì)了金屬基體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——陶瓷顆粒在復(fù)合材料中不會(huì)阻斷金屬基體的連續(xù)性。以新開發(fā)的Al-SiC為例，其在保持高于鋁合金導(dǎo)熱率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了極低的熱膨脹系數(shù)。由于碳化硅陶瓷含量較低，其加工性能接近純鋁，可采用常規(guī)金屬加工工藝。更重要的是，該技術(shù)平臺(tái)不僅限于Al-SiC組合，通過調(diào)整金屬/陶瓷種類及配比，可靈活滿足各類熱管理部件對(duì)材料特性的差異化需求。
圖3：開發(fā)的金屬-陶瓷復(fù)合材料（Al-SiC）的特性（與以往產(chǎn)品的比較）
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