直接敷铜陶瓷基板技术的研究进展

（ 瓷 基 板 敷 铜 步 骤 ｂ） ＡｌＮ 陶
电 子 封 装 基 板 通 过 技 术 原 理 可 以 知 道 氧 含 量 的 多 少 ＤＢＣ 的 ，由 对 于 直 接 键 合 技 术 非 常 重 要 于 ４Ｃｕ ＋ Ｏ ＝ ，通 知 在 氧 化 后 质 量 会 增 加 过 称 重 Ｃｕ 箔 ２Ｃｕ Ｏ 可 。但 可 以 计 算 出 氧 化 的 程 度 是 在 实 际 工 艺 过 程 中 氧 ，清 含 量 的 控 制 非 常 难 华 大 学 研 究 预 氧 化 过 程 中 温 ，优 化 得 出 度 与 氧 化 时 间 对 氧 化 膜 厚 度 的 影 响 规 律 适 合 的 温 度 氧 化 时 间 ２５０ ～ ３００ ℃ ， 和 ３０ ～ ９０ ｍｉｎ ， 敷 合 时 合 适 的 温 度 和 时 间 是 １ ０７５ ℃ 和 ３０ ｍｉｎ ， 并 且 经 过 预 氧 化 处 理 有 足 够 的 氧 含 量 能 够 使 ＣｕＣｕ Ｏ ，反 液 相 很 好 地 润 湿Ａｌ Ｏ 基 板 表 面 应 形 成 同 于 通 常 的 如 没 有 预 氧 化 ＣｕＡｌ Ｏ ， 不 ＣｕＡｌＯ 。 假 ，那 过 程 么 在 与 板 敷 合 过 程 中 由 于 Ｃｕ 箔 Ａｌ Ｏ 基 ， ＣｕＣｕ Ｏ 低 与 板 界 面 共 氧 很 难 进 入 Ｃｕ 箔 Ａｌ Ｏ 基 ，最 熔 物 对 板 润 湿 性 差 后 会 在 敷 合 界 面 残 Ａｌ Ｏ 基 ［ ］ 留 许 多 孔 洞 和 缺 陷。 ［ ］研 南 京 航 空 航 天 大 学 究 通 过 在 氧 化 铝 基 板 上 ，然 预 先 涂 覆 膜 后 在 气 气 氛 下 热 Ｃｕ Ｏ 薄 １ １５０ ℃ 空 ，通 处 理 过 析 可 知 板 表 面 形 成 了 大 ＸＲＤ 分 Ａｌ Ｏ 基 ，然 后 将 纯 铜 箔 紧 密 量 的 Ｃｕ Ｏ， ＣｕＯ， ＣｕＡｌＯ 相 ，在 氛 下 进 接 触 预 处 理 过 的 基 板 表 面 １ ０７０ ℃ Ｎ 气 ，指 出 热 处 理 过 程 中 行 敷 合 Ｃｕ Ｏ ＋ Ａｌ Ｏ → ＣｕＡｌＯ ［ 以 及 敷 合 过 程 中 对 敷 合 起 着 ＣｕＯ］ Ｃｕ ＋ Ｃｕ Ｏ］ →［ 重 要 作 用 应 的 板 展 示 了 良 好 的 抗 温 度 ，相 ＤＢＣ 基 冲 击 能 力 。 国 外 对 氧 化 铝 术 研 究 的 比 较 成 熟 ，已 ＤＢＣ 技 ［ ］ 经 实 现 了 批 产 国 子 公 司已 开 发 出 。德 Ｃｕｒａｍｉｋ 电 ，研 成 熟 的 氧 化 铝 直 接 敷 铜 基 板 究 不 同 铜 箔 厚 度 的 ，并 板 的 柔 韧 度 且 采 用 敷 铜 技 术 的 陶 瓷 基 板 ＤＢＣ 基 的 柔 韧 度 可 以 得 到 改 善 陶 瓷 配 方 及 各 成 型 参 数 。从 最 佳 化 着 手 制 备 出 的 优 化 氧 化 铝 陶 瓷 可 以 用 于 更 薄 的 氧 化 铝 层 与 更 厚 铜 箔 的 直 接 敷 合 ，增 加 功 率 模 块 。 的 热 散 及 电 性 能 ，由 ，因 另 外 于 铜 与 陶 瓷 各 有 不 同 的 热 膨 胀 率 此 ， 它 们 相 互 不 同 的 拉 伸 力 可 使 线 路 铜 区 边 缘 产 生 裂 纹 再 延 伸 至 陶 瓷 内 响 产 品 使 用 过 程 中 的 可 靠 性 ，影 。上 ，此 述 优 化 氧 化 铝 陶 瓷 具 有 抗 裂 纹 延 伸 特 性 板 ＤＢＣ 基
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术 首 先 是 用 于 瓷 基 板 的 表 面 金 ＤＢＣ 技 Ａｌ Ｏ 陶 属 化 元 相 图 可 以 看 出 。从 （图 ，在 ＣｕＯ 二 １） 上 （ｘ ） 下 少 量 氧 含 量 低 于 点 约 可 Ｃｕ 熔 １５ ～ ２０ ℃ 时 以 形 成 。共 晶 液 相 晶 液 相 润 湿 相 互 接 触 的 Ｃｕ ／ Ｏ 共 铜 箔 和 陶 瓷 表 面 同 时 与 发 生 反 应 生 ， Ａｌ Ｏ Ａｌ Ｏ ，冷 成 复 合 氧 化 物 却 到 室 Ｃｕ （ ＡｌＯ ）、 ＣｕＡｌＯ 等 温 时 便 形 成 铜 箔 与 陶 瓷 的 极 佳 结 合 ， ＤＢＣ 技 术 正 是 一 种 非 氧 化 物 陶 。 ＡｌＮ 是 基 于 上 述 原 理 发 展 起 来 的 瓷 ，敷 接 铜 箔 的 关 键 是 使 表 面 形 成 过 渡 ＡｌＮ Ａｌ Ｏ ，然 层 后 通 过 上 述 过 渡 层 与 敷 合 实 现 Ｃｕ 箔 ＡｌＮ 与 。其 ，如 。 的 敷 合 结 构 基 本 相 似 图 示 Ｃｕ 箔 ２所 ，通 图 艺 路 线 图 过 分 析 ３ （ ａ） 为 Ａｌ Ｏ ＤＢＣ 工 ， 反 应 机 理 可 知 其 中 氧 的 引 入 是 非 常 关 键 的 一 个 步 骤 ：① ； 一 般 氧 的 引 入 分 为 以 下 两 种 方 式 在 空 气 中 氧 化 。若 在 弱 氧 化 采 用 第 一 种 引 入 方 式 则 可 在 真 Ｎ 中 ② 空 条 件 下 实 现 敷 接 ，可 通 过 称 量 箔 预 氧 化 前 后 质 Ｃｕ
櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 ｄｏｉ １０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １００３３５３ｘ ２０１０ ｚ１ ０４０
：
直 接 敷 铜 陶 瓷 基 板 技 术 的 研 究 进 展
，其 界 面 后 续 的 工 序 便 与 Ａｌ Ｏ ＤＢＣ 。 工 艺 基 本 相 同
２ ３
２
２１
ＤＢＣ
电 子 封 装 基 板 制 备 的 关 键 因 素 及 解 决 方 向
Ａｌ２ Ｏ３ ＤＢＣ
２
图 １
Ｆｉｇ １
ＣｕＯ Ｃｕ ＣｕＯ ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ ａｔ ｔｈｅ Ｃｕｒｉｃｈ ｓｉｄｅ
２ ３ ２ ３ ２ ２ ２ ２ ３ ２ ３ ２
Ｊｕｌｙ
２０１０
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ ３５ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ
１４３
卢 会 湘等 接 敷 铜 陶 瓷 基 板 技 术 的 研 究 进 展 ：直
櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 櫶 ＡｌＮＡｌ２ Ｏ３ Ｃｕ
２ ３
，胡 ，王 卢 会 湘 进 子 良
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＤＢＣ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
（Ｔｈｅ ５５
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｌｕ Ｈｕｉｘｉａｎｇ
ｔｈ
， Ｈｕ Ｊｉｎ， Ｗａｎｇ Ｚｉｌｉａｎｇ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
， ＣＥＴＣ ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６， Ｃｈｉｎａ ）
０
引 言
１
ＤＢＣ
技 术 介 绍
２ ３ Ｏ
随 着 电 子 技 术 的 发 展 片 集 成 度 不 断 提 高 ，芯 ， ，单 电 路 布 线 宽 度 细 密 化 位 面 积 上 功 率 耗 散 越 来 越 大 然 造 成 发 热 量 的 增 加 易 引 起 器 件 的 失 ，必 ，容 。直 （ 效 接 敷 铜 瓷 基 ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｅｄ ｃｏｐｐｅｒ， ＤＢＣ） 陶 板 由 于 具 有 良 好 的 导 热 性 能 和 导 电 性 能 逐 步 成 为 重 其 是 在 功 率 模 块 和 集 成 电 力 ，尤 要 的 电 子 封 装 材 料 。 电 子 模 块 中 直 接 敷 铜 技 术 主 要 是 基 于 氧 化 铝 陶 瓷 基 板 发 展 ，最 起 来 的 陶 瓷 表 面 金 属 化 技 术 早 由 Ｊ ． Ｆ ． Ｂｕｒｇｅｓｓ 和 人 于 提 出 了 这 一 技 术 等 Ｙ ． Ｓ ． Ｓｕｎ 等 １９７５ 年 ［ ］。 ＡｌＮ 陶 瓷 与 氧 化 铝 相 比 具 有 更 高 的 导 热 特 人 时 板 具 有 铜 箔 的 高 导 电 特 性 者 ，同 ，两 性 ＤＢＣ 基 结 合 制 备 的 板 便 发 展 成 一 种 重 要 的 电 ＡｌＮＤＢＣ 基 ，被 ， 子 封 装 材 料 广 泛 应 用 于 大 功 率 电 力 电 子 模 块 、固 如 大 功 率 源 模 块 态 继 电 器 和 功 率 模 ＤＣ ／ ＤＣ 电 ［ ］ 块 用 封 装 外 壳 中 等。
相 图 在 富一 侧 部 分 （ ）
（
图 ２
Ｆｉｇ ２
，氧 量 增 量 知 道 氧 的 引 入 量 化 时 间 和 氧 化 温 度 是 两 。图 个 重 要 的 工 艺 控 制 参 数 艺 ３ （ ｂ） 为 ＡｌＮＤＢＣ 工 路 线 图 于 瓷 与 铜 箔 几 乎 不 会 发 生 反 应 。由 ， ＡｌＮ 陶 ，最 因 此 在 敷 接 前 一 定 要 对 瓷 进 行 表 面 处 理 ＡｌＮ 陶 ，使 瓷 表 面 形 简 单 的 方 法 就 是 进 行 氧 化 处 理 ＡｌＮ 陶 ，这 成 非 常 薄 的 一 层 氧 化 铝 样 面 就 转 变 为 ＡｌＮＣｕ 界
（ ，南 中 国 电 子 科 技 集 团 公 司 第 五 十 五 研 究 所 京 ２１００１６） 摘 要 率 模 块 以 及 集 成 电 力 电 子 模 块（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｍｏｄｕｌｅ， ＩＰＥＭ） 的 发 展 带 ：功 板 技 术 的 迅 猛 发 展 细 介 绍 了 板 技 术 的 技 术 动 直 接 敷 铜（ 。详 ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｅｄ ｃｏｐｐｅｒ， ＤＢＣ） 基 ＤＢＣ 基 ，通 ，指 ，然 原 理 与 技 术 路 线 过 机 理 的 分 析 出 重 点 后 分 别 讲 述 了 板 制 备 Ａｌ Ｏ ＤＢＣ 和 ＡｌＮＤＢＣ 基 、解 ，结 的 关 键 技 术 决 方 向 以 及 一 些 最 新 的 研 究 进 展 和 研 究 方 向 合 实 例 说 明 了 术 的 应 用 ＤＢＣ 技 前 景 指 出 了 今 后 的 发 展 方 向 ，并 。 关 键 词 成 电 力 电 子 模 块 接 敷 铜 化 铝 板 合 ：集 ；直 ；氮 ；基 ；敷 中 图 分 类 号 献 标 识 码 章 编 号 ： ＴＮ２８４ 文 ：Ａ 文 ： １００３３５３Ｘ （ 刊 ２０１０） 增 ０１４３０４
ＤＢＣ Ａｌ２ Ｏ３ ＡｌＮ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ＤＢＣ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ａｌ２ Ｏ３ ａｎｄ ＡｌＮ
（ 陶 瓷 基 板
与 ）结 构 示 意 图
（ ）
瓷 基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ板 敷 铜 步 骤 （ ａ） Ａｌ Ｏ 陶
２ ３
图 瓷 基 板 敷 铜 技 术 工 艺 路 线 图 ３ 陶
Ｆｉｇ ３ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｌｉｎｅ ｃｈａｒｔ ｏｆ ＤＢＣ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ
ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｆｏｃｕｓｅｄ ． Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
ｃｏｐｐｅｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ． Ｔｈｅ ＤＢＣ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ
： Ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｍｏｄｕｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｅｄ
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， ｍｅｔｈｏｄｓ， ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ａｌ Ｏ ＤＢＣ ａｎｄ ， ＡｌＮＤＢＣ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ． Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ＤＢＣ， ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ． Ａｔ ｌａｓｔ ， ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＩＰＥＭ ； ＤＢＣ； ＡｌＮ； ｓｕｂｓｔｒａｔｅ； ｂｏｎｄｅｄ ＥＥＡＣＣ： ０５４０