氮化鋁HTCC基板的特點及應(yīng)用

氮化鋁（AlN）陶瓷具有高熱導(dǎo)率、低介電常數(shù)、高強度、高硬度、無毒性、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。

氮化鋁HTCC基板

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、添加劑等進行混合制成陶瓷漿料，通過流延成型工藝，制備出AlN生瓷片，將預(yù)先設(shè)計好的電路通過打孔、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：

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3400℃）、鉬Mo（熔點2623°C）等高熔點金屬作為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，同時又具有優(yōu)越的散熱性能，既可以對電路熱量進行快速耗散又可以提升封裝密度，同時還可以匹配半導(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形式，它是把裸芯片與微型元件組裝在同一個高密度布線基板上，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)是實現(xiàn)高密度封裝的關(guān)鍵。

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。現(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)動電路等部分，它是微電子和微機械技術(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)，機械運動部分十分脆弱，容易損壞，因此保證各部分間良好的信號傳輸，提供有效的保護措施是非常關(guān)鍵的，這對MEMS的封裝技術(shù)提出了更高的要求。