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Hi 幼同伴们
，上一篇我们讲了关于散热的一些利用基材
，这一篇我们将沉点介绍在光通讯行业被宽泛利用的ALN 陶瓷
，从器件基板
，薄膜电路
，散热基板
，到陶瓷封装等等
，我们都能四处可见。

此文我们将通过以下几方面全面相识ALN 的特点及造作工艺：

   （1）ALN 的机能特点

   （2）ALN的资料造备

   （3）ALN的金属化工艺

   （4）ALN 的利用

ALN 的机能特点

      氮化铝陶瓷有很高的热导率, 在陶瓷资猜中仅次于SiC 和BeO , 目前国内均匀水平为150W/m·K , 国表为180 ～ 250/m·K , 是氧化铝陶瓷热导率的7 ～ 8 倍;其机械强度和介电强度都优于氧化铝陶瓷, 膨胀系数、介电机能别离与Si 和氧化铝陶瓷相近。因而人们但愿用高热导率的氮化铝陶瓷代替氧化铍或氧化铝陶瓷用于高密度、高机能电子封装的陶瓷基板资料。

ALN 陶瓷基板资料造备

      陶瓷基板的成型重要有压模、干压和流延成型3种步骤。

      流延成型类似于摊鸡蛋饼
，节造刮刀与基带的间隙就能节造厚度
，能够薄至10um以下
，厚至1mm以上中国·永利yl23455(股份)有限公司-官方网站陶瓷电路基板都是选取的这种步骤；

      干压法类似于金属粉末冶金放入模具中压铸成型
，适合大块件；

      压模法就是注塑
，能够做成状态稍复杂的一些结构
，如陶瓷插芯选取注塑成型。

下面介绍一些氮化铝粉末常用的提取步骤：

      此刻使用较多的造备氮化铝粉末的步骤有铝粉直接氮化法、氧化铝碳热还原法、溶胶法、自蔓燃法、等离子合成法、化学气相沉积法、等等。

1)铝粉直接氮化法

      ALN+N2→2ALN 将铝粉放入通有氮气与氨气的反映的反映炉中加热到600℃起头反映。我们就能合成大量纯度较高的ALN粉
，目前有这种方式的大规模出产。但是这种步骤通常难以得到颗粒渺小、粒度均匀的氮化铝粉末
，通常必要后处置；褂蠥L颗粒表表氮化后形成ALN层会故障氮气向颗粒的中心的扩散
，因而选取这种步骤转化率是一个沉要的问题。

2）氧化铝的碳热还原法

      Al203+3C+N2→2AlN+3CO 这种步骤目前使用在工业出产中使用最为宽泛
，对其钻研进行的比力深刻。

     在该法中造备氮化铝粉体中常参与氧化钙、氟化钙、氧化钇等作为催化剂
，其中加氟化钙更有效的降低活化能
，提高反映速度。这种造备的氮化铝粉末纯度高
，成形和烧结机能好
，但合成温度高反映功夫长
，粉末粒度较大。

      这边必要注明下
，若是有懂得金丝键合工艺的幼同伴就比力明显
，表表较为粗糙的有颗粒状显著的氮化铝
，若是使用这类的氮化铝溅射薄膜金属
，打线时是不太容易键合上的
，出格是球焊工艺
，很容易出现脱焊情况。

ALN的金属化工艺

      为了器件封装结构
，元器件搭载及输入、输出端的衔接等主张
，氮化铝陶瓷基板表表时时作金属化处置。ALN 的陶瓷基片金属化步骤好多
，分为以下几种：厚膜金属化、薄膜金属化、直接键合铜金属化、化学镀金属化等。

    在半导体器件行业
，最常见利用陶瓷电路基板电极选取是薄膜工艺和厚膜工艺。这两种工艺方式是齐全不一样的
，薄膜工艺指真空蒸镀、和离子溅射这类可能精确节造膜的状态和厚度的成膜工艺
，如我们光通讯器件贴片载体Ti/Pt/Au 或者Ti/Ni/Au 电极和 AuSn焊料都是选取薄膜工艺造备；

     而厚膜工艺指丝网印刷
，这类比力粗略轻便的成膜工艺
，如泵浦源大功率激光器必要急剧散热都是使用的厚膜渡铜工艺氮化铝。

    各人知路我们光通讯器件贴片载体时时选取AuSn共晶焊料
，但焊料可不是直接蒸镀在氮化铝上的
，而是底下有一层电极
，选取Ti/Pt/Au 或者Ti/Ni/Au 这几种金属组合而成的薄膜电极
，并且这几种金属都是有蒸镀先后挨次的
，这是为什么呢？Ti/Pt/Au跟Ti/Ni/Au的差距性在哪里？

    氮化铝是六方晶纤锌矿结构, 密堆间隙中的Al 离子半径幼, 价态高, 拥有较强的极化作用, 使氮化铝清洁表表的不鼓和氮拥有较高的化学活性。通常氮因电负性大, 电离势高而有很强的共价偏差, 即便与低电负性金属反映, 也会因负离子负电荷高, 离子半径较大而水解。故通常情况下, 氮不易与金属反映。Ti , Ta ,W 等金属因能与氮形成高晶格能化合物, 使其在氮化铝表表附着机能很好。

    钛拥有优良的耐蚀性, 较高的比强度和较幼的质量密度, 然而钛表表的耐磨性差, 易氧化
，接触电阻高,钎焊性差, 在某些介质或高温下钛的耐蚀性也变差, 使其利用受到肯定的限度
，在钛上镀铂或镀镍能够克服以上弊端
，铂镍镀层硬度高,电阻幼, 可钎焊。

    最后一层就是我们所熟悉的镀金层
，金子但是个好器材
，在空气中不易氧化
，耐侵蚀
，导电机能极佳
，散热机能好
，还能与其他金属如锡、铜做成焊料等等。

    另表激光器的P面或N面时时都有镀金处置
，与中国·永利yl23455(股份)有限公司-官方网站半导体芯片为了形成较好的附着力
，跟中国·永利yl23455(股份)有限公司-官方网站金丝键合可能有效融合
，所以氮化铝的电极最后一层都必要用镀金处置
，镀金厚度通常节造在0.5~1um左右
，太薄了不能
，金丝键合的强度难以保障
，厚了当然是功德
，那成本当然也上去啦。

 氮化铝电极镀层及设计参数

     通常厂家做电极镀层时城市建议金属化不能齐全到边
，会预留0.05mm的白边
，由于一整片氮化铝切割幼片的时辰会导致卷金问题；

      Ti的厚度齐全取决于氮化铝抛光的表表粗糙度
，目前我们国内也能做成镜面氮化铝
，粗糙度可能达到＜0.05um
，所以Ti 厚度通常节造在0.1~0.2um；金锡焊料的厚度最幼5um以上
，我曾做过相应的贴片压入厚度试验
，通常中国·永利yl23455(股份)有限公司-官方网站贴片设备吸嘴压力参数节造在3~9g左右
，9g的力路已经很大了
，贴完片后将芯片推掉在电镜扫描下测得芯片陷入厚度为2~3um；

下面我们再来诠释下
，电极镀层Ti/Pt /Au 跟 Ti/Ni /Au的机能差距

    铂金属的抗侵蚀性极强,在高温下极度不变,电机能亦很不变
，它在职何温度下都不会氧化。

    镍金属亦有较好的抗侵蚀性
，综合机能比铂金属略逊色
，导热系数比铂金属稍高
，镍导热系数90W, 铂金属70W
，但是镍的成本要比铂低个几百倍
，所以有好多厂家镀层工艺都是选用迪胙镍金；

    若是要使用钛镍金镀层氮化铝的幼同伴们必要把稳了
，我已经在这个工艺上栽过很大的跟头。

    我已经掌管过一大功率半导体封装工艺
，在做样品时没太过多关注氮化铝的镀层工艺参数
，只是把稳点都集中在选用高导热系数的ALN 选用的200W,尝试了局 散热机能也是通过要求
，但是这个时辰出现了一些问题
，有个别样品 半导体芯片出现了“漏电”景象
，这里所谓的“漏电”并不是真的漏电
，而是芯片N级与P级之间的阻值产生了变动
，正本是有肯定几十到一百Ω阻值的
，但是“漏电”的芯片阻值只有几个Ω或是0
，也就是芯片的有源层直接导通了。其时对这个问题没有太过细想
，以为是芯片切割解理时导致芯片有源层危险导致。

    后来在幼批量出产时
，大规模的发作了这种“漏电”不良品
，不良率有40%~50%
，这下问题就严沉了
，我们把锋芒依然指向芯片端工艺
，丝毫没有把稳到氮化铝
，大伙都知路
，我们在做芯片失效分析时
，若是找不到直接原因
，那只有人机料法环逐一排除了
，最后排查到氮化铝这块
，以为是镀层参数有问题
，又更改了相应迪胙镍金参数
，还是不能
，辅导这时也发话三天内给出解决规划
，大伙有履历过这种惊惶失措
，毫无头绪的失效分析解决么
，几多伟大的攻城师死在城墙门口
，一旦城墙被攻破
，那种成就感真是比娶了媳妇还美。

    没辙儿
，只能一向的各类尝试
，最后选用金属钛铂金作为蒸镀镀层
，尝试了局忽然让人柳暗花明
，拨云见日
，“漏电”景象隐没得无影无踪；最后对比两种热沉发现
，竟然是镍层捣的鬼；

    分析得知
，镍镀层有好多直径约1um圆锥状山峰
，类似于金属的批锋毛刺
，固然被名义的金层有所覆盖
，但是一但经过高温回流或者高温共晶焊时
，这些晶须很容易高攀到半导体的有源层
，再加上大功率半导体的有源层离氮化铝镀金面只有十几个um的高度
，很容易形成短路；

    所以我这边给幼同伴的建议是 
，若是半导体的有源层是在芯片的侧面或者有源层高度很低时
，如EML、DFB、 大功率激光器
，建议使用钛铂金工艺氮化铝；若是利用的场所是信号线过渡、垂直发光腔芯片如Vcsel 
，还有PD、电容等能够使用价值廉价点迪胙镍金氮化铝；

ALN的利用

（1）载体热沉

（2）陶瓷封装

  （3）陶瓷电路

    针对热沉 COC 类、BOX 类器件封装工艺
，目前中国·永利yl23455(股份)有限公司-官方网站通讯可做专业代工出产
，推出高速度BOX有源器件封装等系列解决规划。TFC占有高精度贴合
，金丝键合技术能力
，自动化贴片设备精度可达±0.5um
，亦可提供不变AWG/TFF 光学器件规划；同时占有高精度精密加工和Recptacle设计装配能力
，TFC还占有各种类型自由空距离离器设计和隔离器芯片与插芯贴合以及占有光学仿照分析能力
， 能够凭据客户要求定造设计和加工各类型的组件带透镜产品。如有合作意向的幼同伴们也可找我们洽谈。