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提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法(概述)
杨成刚
(贵州振华风光半导体有限公司)
摘要:在以氮化铝厚膜基片为衬底的功率混合集成电路中,由于氮化铝浅表面吸潮在通常
的高温烘烤下难以彻底挥发,导致厚膜导带与氮化铝衬底的附着力不稳定,在键合时,容易
出现厚膜健合区金属层脱层,影响键合的可靠性,从而影响电路的可靠性。本文主要论述提
高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法,以解决附着力不良导致健合脱层的问题。
关键词:混合集成电路;氮化铝:厚膜;键合;脱层
一、前言
在功率厚膜混合集成电路的集成技术中,由于氮化铝陶瓷基片(AIN)具有极高的热导
率,无毒、耐腐蚀、耐高温,热化学稳定性好等特点,常用于集成大功率元器件。考虑成本
问题,用热导率次之的氧化铝陶瓷基片(A1203)集成中小功率元器件;用热导率接近于金
属的氮化铝陶瓷基片(AlN)集成大功率元器件。具体方法是:在氧化铝陶瓷基片、氮化铝
陶瓷基片上进行厚膜导带、厚膜阻带的印刷和烧结,将中小功率电阻、中小功率半导体芯片、
中小功率片式元器件集成在氧化铝陶瓷基片上,将大功率电阻、大功率半导体芯片、大功率
片式元器件集成在氮化铝陶瓷基片上,再采用键合丝(金丝或硅铝丝)进行芯片与基片、基
片和基片、基片和管脚之间的引线键合,完成整个电器连接,最后在特定的气氛中将管基和
管帽进行密封而成,如图l所示。
存在的主要问题是:由于氮化铝在大气中易吸潮、水解,和湿空气、水或含水液体接触
产生热和氮并迅速分解,在室温下也能和水缓慢地进行反应,而被水解,渗透进入氮化铝中
的水汽即使在高温烘烤下也很难彻底挥发,导致在氮化铝陶瓷基片上印刷和烧结的厚膜附着
力不易提高,一致性和均匀性差。用于大功率的粗键合丝进行键合时,由于键合拉力较大,
容易导致键合键合拉力不足,甚至造成键合区厚膜脱落,降低键合系统的可靠性,另一方面,
由于氮化铝陶瓷基片上印刷和烧结的厚膜附着力不良,导致氮化铝陶瓷基片与管基底座之间
的附着力不良,影响热传递效率,严重时导致基片脱落,综合上述两个方面,对功率厚膜混
合集成电路的可靠性产生一定的影响。
面
图1 原有集成技术示意图
二、解决的方法及实施方案
针对于上述存在的问题,解决的目标是:
(4)使氮化铝陶瓷基片吸附的水汽充分挥发掉;
(5)提高氮化铝陶瓷基片键合区金属膜的附着力;
(6)提高氮化铝陶瓷基片与管基底座之间的附着力。
l、技术原理
根据氮化铝吸潮的原理,必须采取在高真空环境中,在抽真空的同时,对氮化铝陶瓷基
片进行加热烘烤,才能将水汽完全挥发和抽掉。然后在不取出氮化铝陶瓷基片的条件下,紧
接着在高真空环境中,利用制作好导带图形的金属掩模作屏蔽,直接在氮化铝陶瓷基片的正
面选择性溅射或蒸发一层高熔点(1000C以上)复合金属薄膜,在氮化铝陶瓷基片的背面整
体溅射或蒸发一层高熔点(1000。C以上)复合金属薄膜,然后才能取出真空室。再在己溅射
或蒸发复合金属薄膜的氮化铝陶瓷基片上进行厚膜导带、厚膜阻带的丝网印刷、烧结和调阻,
进行常规混合集成,从而解决前述存在的问题。
2、工艺路线
根据上述技术原理,采用下图所示的工艺路线进行实现:
图2增强氮化铝厚膜附着力的工艺流程图
图中虚线部分属为在原有工艺基础上增加的工艺。
3、采取新工艺后的产品结构示意图
采取新工艺后的产品结构示意图如图3所示:
f片式元器件
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