三维电镀陶瓷基板激光封焊技术

气密封装是推动电子器件高可靠发展的一项重要技术,传统气密封装技术存在焊接温度高、热冲击大、应用范围窄等问题,无法满足三维电镀陶瓷基板气密封装要求。本文结合脉冲激光焊接的技术优势,研究了脉冲激光焊接三维电镀陶瓷基板实现气密封装,重点探讨了焊接过程中脉冲激光与材料相互作用模式,分析了焊接样品界面微观形貌、气密性、力学性能等。研究表明,焊接金属区裂纹的出现与基底金属铜向可伐侧的扩散密切相关;焊接过程稳定、焊接熔深小的热传导模式和过渡模式可以避免焊接裂纹出现。通过试验优化了焊接工艺参数,当激光峰值功率为120 W、脉冲宽度为1 ms、重叠率为80%时,三维陶瓷基板腔体结构获得了最佳高气密性,泄漏率为5.2×10^(-10)Pa·m^(3)/s,接头剪切强度为278.06 MPa,满足第三代半导体器件高可靠气密封装需求。

用于AlGaN基DUV LED封装的高反射镀铝DPC陶瓷基板

传统的直接镀铜(DPC)陶瓷基板的焊盘上镀有Ni/Au金属覆盖层,它会强烈吸收紫外(UV)光。为了提高深紫外发光二极管(DUV LED)的光提取效率(LEE),设计并制备了镀Al的双层金属镀层DPC陶瓷基板。这种基板拥有一层完全覆盖基板焊盘的Ni/Au镀层为LED提供电互连,以及一层部分覆盖Ni/Au镀层的高反射Al镀层为UV光提供优异的反射。测量了分别由镀Al的DPC陶瓷基板和仅有一层Ni/Au镀层的传统DPC陶瓷基板所封装的DUV LED的光学、电学和热学性质,并建立了LED封装体的模型并进行了分析。结果表明,通过使用镀Al的DPC陶瓷基板,DUV LED的光输出功率(LOP)提高了19.2%,功率效率(WPE)和外量子效率(EQE)则分别提高为传统封装的1.20和1.19倍。此外,经过160 h的老化测试,使用镀Al的DPC陶瓷基板封装的LED表现出了更好的可靠性。这种镀Al的双层金属镀层DPC陶瓷基板为通过封装改善DUV LED的LEE提供了可行的方法。

直接敷铜Al_2O_3陶瓷基板的界面产物研究

直接敷铜Ａｌ２Ｏ３基板已被广泛应用于大功率场合．本文通过Ｃｕ箔表面预氧化生成Ｃｕ２Ｏ的方法引入氧，１０７０℃在Ｃｕ箱和Ａｌ２Ｏ３基板界面上所产生的Ｃｕ－Ｃｕ２Ｏ共晶液体促进了二者的牢固结合．流动氮气氛下保温１ｈ，观察到了明显的界面产物层．ＳＥＭ和ＸＲＤ的分析表明，界面产物相为ＣｕＡｌＯ２．

内嵌陶瓷电路板的PCB基板制备及其LED封装性能

普通印刷电路板(PCB)材料热导率低,散热性能不佳,难以用于封装大功率器件。本文提出并制备了一种直接电镀铜陶瓷基板(DPC)的PCB基板(以下简称“内嵌基板”),利用陶瓷材料高热导率强化基板局部散热,并将其应用于大功率LED封装。使用胶粘剂将DPC基板固定在开窗的PCB基板中,电互连后得到内嵌基板。相较于普通PCB基板,相同电流下内嵌基板表面温度低,温升趋势放缓,当电流从200 mA增加到400 mA时,内嵌基板温升比普通PCB基板低约42.1℃。当电流为350 mA时,内嵌基板封装的LED样品热阻和结温变化分别为15.55 K/W和9.36℃,其光功率随电流增加而增大,并始终高于同电流下普通PCB基板封装LED;在400 mA时,两者光功率相差约16.7%。实验表明,内嵌基板是一种高性能、低成本的封装基板,可有效提高大功率LED散热性能,满足功率器件封装应用需求。

陶瓷基板表面金属层结合强度测试与失效分析

为了评估电子器件封装质量与可靠性,需要准确测量直接镀铜陶瓷基板(DPC)表面金属层与陶瓷基片间的结合强度。采用拉伸法对DPC陶瓷基板表面金属层结合强度进行了测试,分析了测试后基板断裂面的微观形貌与基板横截面元素组成。结果显示:以金属层面积作为受力面积计算强度时,所得平均拉伸强度为12.13 MPa;测试中基板断裂位置均为金属层下方陶瓷内,断裂面形貌符合陶瓷脆性断裂特征;基板横截面微观形貌及EDS能谱分析表明,过渡层金属钛(Ti)向陶瓷侧和铜侧发生了扩散,提高了金属与陶瓷间结合强度,同时陶瓷内部存在孔洞缺陷,受到外界拉力时易产生裂纹而出现脆性断裂。研究结果表明,DPC陶瓷基板金属与陶瓷间结合强度较高,基板最薄弱部位为金属层下方的陶瓷。

直接覆铜陶瓷板界面及其高温行为研究

本研究利用大电流高密度等离子体溅射沉积技术,在Al_2O_3和AlN陶瓷板的表面沉积不同的过渡层和铜层,经电镀将真空溅射铜层进行加厚,实现陶瓷基板金属化。通过界面结合强度测试,分析了不同过渡层对界面结合强度的影响;利用SEM、DTA、XRD等研究了直接覆铜陶瓷板截面形貌及在高温退火后的界面行为。结果表明,与无过渡层和AlO_x过渡层相比Cr、Ti可大幅度提高界面粘附强度,在550℃退火后Cr和Ti在界面处和铜层发生合金化作用,甚至生成金属间化合物,Cr和Ti元素与Al_2O_3和AlN基体以及铜层具有强的相互作用,过渡层的引入可大幅度提高覆铜层和陶瓷的结合强度,从而有效提高陶瓷覆铜板的使用可靠性。

基于氮化铝HTCC的表面Cu互连制备技术

针对高集成密度、高散热封装外壳发展需求,基于氮化铝(AlN)高温共烧陶瓷(HTCC)多层基板,结合直接镀铜(DPC)工艺,提出了一种薄厚膜相结合的高散热封装基板及其制备方法。重点对氮化铝HTCC与表面铜(Cu)层间的结合力进行研究和优化,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和剥离强度测试仪分析和研究了界面的微观结构和力学性能。研究结果表明:与氮化铝/钛钨(TiW)/Cu相比,氮化铝/钛(Ti)/Cu界面的缺陷更少,金属Ti的黏附性能更优,拉脱断裂面在陶瓷基板上。当采用厚度为400 nm的Ti作为黏附层时,表面金属化剥离强度高达592 MPa,实现了高界面结合力,保证了产品封装性能的稳定性。

BC陶瓷基板附着力的研究

直接敷铜 (DBC)法陶瓷基板是新型的陶瓷 金属连接方法。附着力是这种基板的主要性能 ,结合生产实践中发现的问题 ,对影响附着力的一些主要工艺因素进行了分析研究 ,力求获得最佳的工艺状态 ,提高DBC基片的质量 ,拓宽应用领域。

溅射覆铜陶瓷基板表面研磨技术研究

溅射覆铜(Direct Plate Copper,DPC)陶瓷基板具有导热/耐热性好、图形精度高、可垂直互连等技术优势,广泛应用于功率半导体器件封装。在DPC陶瓷基板制备过程中,电镀铜层厚度及其均匀性、表面粗糙度等对基板性能及器件封装质量影响极大。对比分析了几种研磨技术对DPC陶瓷基板性能的影响,实验结果表明,砂带研磨效率高,但铜层表面粗糙度高,只适用于DPC陶瓷基板表面粗磨加工;数控研磨与陶瓷刷磨加工的铜层厚度均匀性好,表面粗糙度低,满足光电器件倒装共晶封装需求(粗糙度小于0.3μm,厚度极差小于30μm);对于质量要求更高(如表面粗糙度小于0.1μm,铜厚极差小于10μm)的DPC陶瓷基板,则必须采用粗磨+化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing,CMP)的组合研磨工艺。

用气相MCVD铜-胍基技术制作陶瓷板

用气相MCVD铜-胍基技术制作的陶瓷板不含有机组分,具有优异的热可靠性和导电性能,同时它还具有很高的抗电迁移能力,介电损耗角也低于0.001和耐宇宙射线的能力,完全适合于航天航空用。

陶瓷—铜键合基板（DBC）在功率模块的最近发展

DBC基板是功率模块上标准的电路板材料。利用DBC技术、厚铜箔(0．125mm-0.7Dmm)便可覆合在氧化铝或氮化铝陶瓷上。由於这种铜与陶瓷间结合力很强，致使其水平方向热膨胀系数减低到略比陶瓷热膨胀TEC大些。这样，在装配大型硅芯片时，就不需再用控制热膨胀的过渡片，芯片便可直接焊接在此基板上。因为DBC技术使用铜箔，令在陶瓷面上直接引出悬空的铜集成引脚实现。新的微导孔技木、结合此种集成引脚，今工程师们可以设计出轻巧、散热性良的气密封装模块。利用三维微通道式液冷散热基板置於高功率区底部，令高新技术、低热阻性(0．03k／W)的多芯片式模块可开发成功。一种新的、柔韧度高达>1000Mpa、及具有优异的耐高低温循环性的氧化铝DBC基板已经发展完成。

耐高温微系统气密封装技术及高温可靠性研究

针对武器装备、航空航天等领域高温封装需求,提出一种耐高温微系统气密封装技术.选用氮化铝直接电镀陶瓷基板(direct plated ceramic substrate, DPC)作为封装散热基板,可伐(Kovar)合金作为封装盖板,金锡合金(Au80Sn20)作为焊接材料实现气密封装,并通过有限元模拟优化了最小焊接应力下的焊环厚度.根据设计方案制备了集成热敏电阻和微型加速度计的微系统器件.测试结果表明,微系统封装样品焊接质量良好,界面无孔隙和裂纹.将封装后的微系统在200℃下老化1000 h,测试其老化前后的气密性和芯片电性能.结果表明,老化后微系统仍具有较高气密性,封装漏率达到10-9Pa·m3/s量级,热敏电阻及微型加速度计电信号正常.实验证明该耐高温微系统气密封装技术可满足高温应用可靠性需求,有望应用于航空航天及军工领域.