氮化鋁HTCC基板的特點(diǎn)及應(yīng)用

氮化鋁（AlN）陶瓷具有高熱導(dǎo)率、低介電常數(shù)、高強(qiáng)度、高硬度、無(wú)毒性、熱膨脹系數(shù)與Si相近等良好的物理性能，且具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能，采用氮化鋁作為介質(zhì)隔離材料制備的AlN多層布線共燒基板，是大功率模塊、大規(guī)模集成電路的理想散熱和封裝材料。

圖 氮化鋁HTCC基板，來(lái)源：艾森達(dá)

一、氮化鋁共燒基板的制造工藝

氮化鋁高溫共燒多層基板（High Temperature Co-Fired Ceramic，HTCC）的制造工藝流程是在AlN粉中加入燒結(jié)助劑、添加劑等進(jìn)行混合制成陶瓷漿料，通過(guò)流延成型工藝，制備出AlN生瓷片，將預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路通過(guò)打孔、填空，印刷等方式用金屬漿料制作到生瓷片上，然后再經(jīng)過(guò)疊層、高溫?zé)Y(jié)等工藝最終制程高導(dǎo)熱高密度的陶瓷基板。主要制造流程如下圖所示：

圖 AlN 多層陶瓷基板制造工藝流程

由于高導(dǎo)熱率的AlN陶瓷一般只能在高溫（1600℃以上）燒成，一般的貴金屬導(dǎo)體如Pd-Ag、Au等不適合作AlN的共燒導(dǎo)體，只能采用鎢W（熔點(diǎn)3400℃）、鉬Mo（熔點(diǎn)2623°C）等高熔點(diǎn)金屬作為AlN的共燒導(dǎo)體。鎢、鉬漿料的焊接性能差，需要在表層鍍鎳鈀金增加焊接能力，進(jìn)行后續(xù)裝配。

高溫共燒是制作AlN多層陶瓷基板的關(guān)鍵工藝，對(duì)AlN多層陶瓷基板的平整性、金屬導(dǎo)體的附著性及方阻等影響很大。

二、氮化鋁共燒基板的應(yīng)用領(lǐng)域

AlN多層陶瓷基板既具備傳統(tǒng)多層陶瓷基板三維集成的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又具有優(yōu)越的散熱性能，既可以對(duì)電路熱量進(jìn)行快速耗散又可以提升封裝密度，同時(shí)還可以匹配半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)。AlN多層陶瓷基板在高密度、大功率多芯片組件（MCM-Multichip Module，MCM）的封裝、LED封裝、光通信封裝以及MEMS封裝等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.多芯片組件（MCM）

大規(guī)模集成電路的發(fā)展，對(duì)芯片之間的互連提出了更高的要求，高端電子系統(tǒng)中高密度封裝技術(shù)逐漸成為發(fā)展主流。多芯片組件是微電子封裝的高級(jí)形式，它是把裸芯片與微型元件組裝在同一個(gè)高密度布線基板上，組成能夠完成一定的功能的模塊甚至子系統(tǒng)。MCM還能夠?qū)崿F(xiàn)電子系統(tǒng)的小型化、高密度化，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的重要途徑，在MCM中高密度布線的多層基板技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高密度封裝的關(guān)鍵。

圖 MCM-C

AlN是功率MCM首選的基板材料和封裝材料，在功率MCM中具有廣泛的應(yīng)用前景。由于AlN熱膨脹系數(shù)與硅接近，使得AlN基板與Si之間產(chǎn)生的熱應(yīng)力小，力學(xué)強(qiáng)度高，使用AlN做基板的MCM有高的可靠性，且AlN熱導(dǎo)率高、熱阻比氧化鋁低，所構(gòu)成的組件往往可以不使用散熱片或其他冷卻結(jié)構(gòu)，從而降低成本，減輕重量?，F(xiàn)在功率MCM產(chǎn)品中，已廣泛采用AlN多層陶瓷基板作封裝結(jié)構(gòu)或散熱基板。

2.MEMS

在MEMS系統(tǒng)中，包括傳感器、執(zhí)行器和控制驅(qū)動(dòng)電路等部分，它是微電子和微機(jī)械技術(shù)的集成。在MEMS中，各部分之間結(jié)構(gòu)緊密，互相影響，電路部分發(fā)熱量達(dá)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分十分脆弱，容易損壞，因此保證各部分間良好的信號(hào)傳輸，提供有效的保護(hù)措施是非常關(guān)鍵的，這對(duì)MEMS的封裝技術(shù)提出了更高的要求。

圖 MEMS 封裝

采用AlN陶瓷制作的高密度封裝用多層布線共燒陶瓷基板能夠滿足MEMS對(duì)封裝的要求，是MEMS封裝的理想材料之一。

參考資料：

1.胡永達(dá)，張邦朝.氮化鋁共燒基板金屬化及其薄膜金屬化特性研究[J]-電子元件與材料2003(2);

2.秦超,張偉,李富國(guó),等.AlN多層陶瓷基板一體化封裝[J].電子元器件與信息技術(shù),2021,5(3):53-54;

3.崔嵩,黃岸兵,張浩.MCM用氮化鋁共燒多層陶瓷基板的研究[J].電子元器件與信息技術(shù)2003(8)

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