功率电子器件用AlN陶瓷基板的研制

阐述了AlN陶瓷的烧结原理 ,分析了烧结工艺参数对大面积AlN基板性能的影响 ,成功研制出了高热导率(190W /m·K)、大面积 (14 0mm× 90mm)、翘曲度为 2 0 μm/5 0mm的AlN陶瓷基板。     

氮化铝共烧基板表面焊盘的研究

本文研究了在AlN多层布线共烧基板中，采用Ni作为添加剂的表面焊盘浆料体系中SiO2含量对共烧基板烧结性能的影响。结果表明SiO2的质量分数在0．3％时，AlN多层布线共烧基板的焊接强度达到42MPa，基板的翘曲度小于50μm／50mm。     

MCM多层共烧陶瓷基板技术的研究进展

本文介绍了MCM中的高温共烧陶瓷与低温共烧陶瓷基板技术,以及共烧陶瓷基板技术的研究进展情况。讨论了多层共烧陶瓷基板的关键工艺,比较了HTCC和LTCC的工艺。并对多层共烧陶瓷基板的发展进行了展望。     

氮化铝多层共烧基板导带浆料的特性分析

陶瓷多层共烧基板在MCM领域得到了广泛的应用,而共烧导带浆料的研制则是其中的重点,本文提出了以W为导电材料,SiO2为添加剂配制的导体浆料,在1800℃,4h,N2气氛下进行烧结。得到当SiO2含量在0．45wt%时,导带方阻达到10mΩ/□,基板的翘曲度小于50μm/500mm,导带的剥离强度大于30MPa.     

多层共烧氮化铝陶瓷金属化工艺研究

氮化铝陶瓷因其热导率高、绝缘性好以及无毒害等特点在许多领域有着广泛的应用。多层共烧氮化铝陶瓷是采用厚膜印厣j的方式将多层的电路金属化做入氮化铝基板并在特定气氛中高温烧结的一种高性能陶瓷。金属化是多层共烧氮化铝陶瓷的一个关键工艺,文章主要介绍了对金属化工艺的研究。重点研究了其中的印刷工艺、叠片层压工艺和烧结工艺。通过对印刷和烧结参数的研究,使得生产陶瓷的热导率大于170W（m·K）^-1,金属化的方阻小于18mΩ／□,金属化的抗拉力大于1．8N（1mm^2焊接面积）,能满足大功率LED封装、大功率功率管封装的性能要求,已经在多种陶瓷外壳和基板中应用。     

基于LTCC多层基板技术的宽带T/R组件设计

介绍了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)多层基板工艺的宽带发射/接收(T/R)组件的设计,详细论述了组件的电路布局和装配工艺,给出了具体的测试数据。T/R组件的体积为65mm×29mm×9mm,连续波输出功率大于25W,均方根移相误差小于3°,已达到工程应用要求。     

流延成型法制备CBS系玻璃-陶瓷复合材料

以CaO-B2O3-SiO2(CBS)玻璃粉体、Al2O3陶瓷粉体和Li2CO3助熔剂为原料,通过流延成型法制备了CBS/Al2O3玻璃-陶瓷复合材料流延片。结果表明,Li2CO3通过与CBS、Al2O3、B2O3反应生成低熔点的Li4B2O5和LiAlO2液相,降低了CBS/Al2O3复合材料的烧结温度,在850℃烧结时的体积密度为2.63g/cm3;具有良好的介电性能:介电常数为7.24,介电损耗为1.57×10-3;流延片通过与高热导率的Ag共烧,获得优异的热传导性能,当通孔占有率及间距为3.88%和1.00mm时,热导率为15.16 W/(m·K),已经达到AlN/玻璃基板的热传导性能。     

AIN／SiO2-B2O3-ZnO-Bi2O3低温共烧玻璃陶瓷

制备了SiO2-B2O3-ZnO-Bi2O3系玻璃,并且与AlN液相烧结得到低温共烧玻璃陶瓷.分析了样品的相结构、形貌、介电常数、介质损耗、热导率和热膨胀系数等性能.结果表明AlN与SiO2-B2O3-ZnO-Bi2O3系玻璃在950℃能够很好地烧结.该陶瓷的性能取决于烧结体的致密度和玻璃含量,当w(玻璃)为40%～60%时,陶瓷具有较低的εr(3.5～4.8)和tan δ[(0.13～0.48)×10-2]、较高的λ[5.1～9.3 W/(m·K)]以及与Si相接近的αl(2.6～2.8)×1-6·K-1],适用于低温共烧基板材料.     

AlN/SiO_2-B_2O_3-ZnO-Bi_2O_3低温共烧玻璃陶瓷

制备了SiO2-B2O3-ZnO-Bi2O3系玻璃,并且与AlN液相烧结得到低温共烧玻璃陶瓷。分析了样品的相结构、形貌、介电常数、介质损耗、热导率和热膨胀系数等性能。结果表明:AlN与SiO2-B2O3-ZnO-Bi2O3系玻璃在950℃能够很好地烧结。该陶瓷的性能取决于烧结体的致密度和玻璃含量,当w(玻璃)为40%~60%时,陶瓷具有较低的ε(r3.5~4.8)和tanδ[(0.13~0.48)×10–2]、较高的λ[5.1~9.3 W/(m.K)]以及与Si相接近的αl[(2.6~2.8)×10–6.K–1],适用于低温共烧基板材料。     

大功率LED散热用微通道铝基板的有限元仿真

对带微通道的铝基板上封装的不同功率LED,用Comsol Multiphysics软件对其温度场进行了有限元模拟,重点研究了微通道的孔大小、孔间距、绝缘层的厚度和热导率对基板散热性能的影响,结果表明:铝基板厚度为1.5mm左右,微通道方形孔,孔长0.8mm,孔间距0.8mm,绝缘层厚度50μm,热导率1.5 W/(m·K),为最佳散热性能铝基板.微通道铝基板封装3W灯珠与普通铝基板和氮化铝基板相比,热阻分别下降了5.44和3.21℃/W,表明微通道铝基板能更好地满足大功率LED散热的需求.     

低温烧结AlN陶瓷基片

通过添加助烧结剂和改进粉体性能，进行ＡｌＮ陶瓷的低温致密化烧结。研究结果表明，添加以Ｄｙ２Ｏ３为主的助烧结剂系统，在１６５０℃下，无压烧结４ｈ，热导率高达１５６Ｗ／（ｍ·Ｋ）；而对ＡｌＮ粉体进行冲击波处理，可以提高粉体的烧结活性，使烧结温度降低２５℃。讨论了低温烧结ＡｌＮ陶瓷基片及低温共烧多层ＡｌＮ陶瓷基片的制备工艺。两步排胶法可以较好地解决金属Ｗ氧化及ＡｌＮ陶瓷颗粒表面吸附残余碳的问题，是制备ＡｌＮ陶瓷与金属Ｗ共烧多层基片的有效排胶方法。     

CVD diamond coating of AlN ceramic substrates to enhance heat removal

Polycrystalline diamond coatings over 100 μm thick are produced on AlN ceramic substrates by microwave-plasma CVD from a CH₄-H₂-O₂ mixture. Their Raman spectra indicate good phase purity and a compressive stress as high as about 4 GPa due to the thermal-expansion mismatch between the diamond and the ceramic. Measurements by the laser flash technique at room temperature show the coatings to have a thermal conductivity of 970 W m^?1 K^?1 as against 290 and 170 W m^?1 K^?1 for mono-and polycrystalline aluminum nitride, respectively. It is concluded that a diamond coating of appropriate thickness significantly enhances the thermal conductivity of the surface region of AlN substrates and therefore could be useful for creating more efficient AlN heat sinks.     

Investigation of silicon-based light emitting diode sub-mounts: Enhanced performance and potential for improved reliability

Aluminum nitride (AlN) and aluminum oxide (Al₂O₃) ceramic light emitting diode (LED) sub-mounts are the most widely used package substrate for recently-developed high-brightness (HB) LED package applications because they exhibit superior thermal conductivity compared to conventional printed circuit board (PCB) package substrates. Nonetheless, the Al₂O₃ ceramic sub-mount exhibits thermal conductivity in an unacceptable range, and manufacturing the AlN ceramic sub-mount is problematic due to high material cost and difficult processing. Wafer-level packaging (WLP) technology has shown noticeable improvements in manufacturing and silicon exhibits outstanding thermal conductivity. Thus silicon might become an alternative package substrate for HB LEDs. This research studied the feasibility of replacing conventional ceramic sub-mounts with WLP LED sub-mounts. The performance features of thermal dissipation, insulation, and high temperature reliability of LED sub-mounts with variable SiO₂ thickness were analyzed and compared to the results obtained from conventional Al₂O₃ and AlN ceramic sub-mounts. Experimental results show that silicon LED sub-mounts lead to better thermal dissipation performance than do Al₂O₃ ceramic sub-mounts, and the results also reveal acceptable insulation performance and high temperature reliability for silicon sub-mounts.     

陶瓷复合FR4结构界面形貌与导热性能

基于热电分离式设计理念,将AlN陶瓷片金属化后作为微散热器嵌入FR4材料内形成了复合散热基板.采用电镜扫描、光学显微,通过冷热循环冲击试验对FR4与AlN两相界面处在高低温突变情况下的界面形貌进行了分析.利用ANSYS软件对基板进行了仿真热模拟,研究了AlN嵌入后FR4导热性能的变化规律.利用结温测试仪、功率计和半导体制冷温控台等仪器设备,通过结温测试对比研究了该复合散热结构与金属芯印刷电路板(MCPCB)对大功率LED封装散热效果的影响.结果表明,该复合散热基板在经低温-55℃,高温125℃,1 000个冷热循环后,FR4和AlN界面无剥离现象发生,在环境温度急剧变化的条件下结合力良好.同时,FR4在嵌入AlN之后,导热性能得到了明显改善,且与MCPCB相比,能更有效降低LED芯片结温.     

Gallium nitride based high power heterojunction field effecttransistors: process development and present status at UCSB

The development of GaN based devices for microwave power electronics at the University of California, Santa Barbara (UCSB), is reviewed. From 1995 to 2000, the power performance of AlGaN/GaN-on-sapphire heterojunction field effect transistors improved from 1.1 W/mm to 6.6 W/mm, respectively. Compensating the disadvantages of the low thermal conductivity of the sapphire substrate through heat management via flip chip bonding onto AlN substrates, large periphery devices with an output power of 7.6 W were demonstrated. UCSB also fabricated the first GaN based amplifier integrated circuits. Critical issues involved in the growth of high quality AlGaN/GaN heterostructures by metal-organic chemical vapor deposition and the device fabrication are discussed     

一种应用于12 GHz的AlN多层陶瓷外壳

以AlN材料为陶瓷基材,采用陶瓷绝缘子的射频传输端口结构及陶瓷焊球阵列封装形式,结合多层陶瓷加工工艺,设计并制备了一款可封装多个芯片的X波段AlN陶瓷外壳。采用应力仿真软件对外壳进行结构设计,利用电磁仿真软件对该外壳的射频端口进行仿真优化。采用微带线直接穿墙形式,设计了共面波导-带状线-共面波导的射频传输结构,并与陶瓷外壳进行一体化设计和制作。利用GSG探针对外壳样品进行测试,实测结果表明,在0~12 GHz频段内,外壳射频端口的插入损耗不小于-0.5 dB,回波损耗不大于-15 dB,AlN一体化外壳尺寸为10.25 mm×16.25 mm×4 mm,可广泛应用于高频高速信号一体化封装领域。     

高导热AlN陶瓷材料制造及其应用研究

对AlN陶瓷材料制备过程中影响其性能尤其是导热性能的诸多因素进行实验 ,摸索出一套较合理的制备工艺 ,制造出性能较稳定、导热率高的AlN陶瓷材料。观察了AlN陶瓷的微结构并得出某些结论。已加工出AlN陶瓷夹持杆、收集极和输出窗 ,在微波管上试用 ,取得一些经验。     

氮化铝共烧基板金属化及其薄膜金属化特性研究

大规模集成电路的发展,对芯片之间的互连提出了更高的要求,高端电子系统中高密度封装技术逐渐成为发展的主流。多芯片组件(MCM)是微电子封装的高级形式,它是把裸芯片与微型元件组装在同一个高密度布线基板上,组成能够完成一定的功能的模块甚至子系统。MCM还能够实现电子系统的小型化、高密度化,是实现系统集成的重要途径,在MCM中高密度布线的多层基板技术是实现高密度封装的关键。     

银基多层氮化铝陶瓷基板低温共烧的工艺研究

从低温共烧的工艺角度来研究氮化铝坯片和银浆的排胶,从而确立排胶的温度及烧结气氛的控制.结果表明,二次排胶法与在氮气气氛中加入微量氧进行烧结,获得了综合性能优良的银布线多层陶瓷基板.