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金属直接敷接陶瓷基板制备方法与性能研究

作　者: 井敏
导　师: 傅仁利
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 直接敷铜陶瓷基板(DBC) 直接敷铝陶瓷基板(DAB) Al2O3陶瓷微电子封装功率电子
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文首先综述了金属敷接陶瓷基板技术的发展,从敷接方法和应用的角度简述了金属敷接陶瓷基板在不同时期的研究进展,同时对敷接原理作出分析。在此基础上指出了本课题研究目的和意义。针对金属/氧化铝之间润湿性能差的缺点,尝试了改进润湿性能的物理与化学方法,并且取得较理想的结果。开发出了敷接铜和铝的新颖方法和优化工艺,相对于传统敷接方法,采用该工艺制备出的样品具有敷接强度高、抗热震性能好等优点。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和元素线分析(EDS)等实验手段,系统地分析了金属/陶瓷界面之间的物相,对出现的现象在理论上做出必要的解释与阐述。在直接敷铜(DBC)研究中,系统地研究了敷接温度、保温时间、预氧化铜箔的温度、陶瓷表面粗糙度对敷接力学性能的影响。结果表明在真空环境下,敷接温度为1075℃、保温60min、预氧化铜箔为300℃、采用熔融NaOH粗化基板方法,可以得到剥离强度为6.5N/mm以上的直接敷铜基板。在敷铝(DAB)的研究中,提出了一种新颖的利用铜膜做为过渡层的敷接方法。在该工艺中通过烧结Cu2O于Al2O3基板上首先形成一种稳定的CuAl2O4相,在1000℃下经H2还原使基板表面生成一薄层铜膜,最后再利用铜铝在760℃以下共晶思想实现敷接。针对铝在高温易氧化特性,采用在真空环境下用活泼金属Mg和碳粉保护的方法,隔绝了氧气与金属铝的接触使得该实验成功敷接。该方法所得到的Al/Al2O3敷接强度达到11.9MPa并且具有极其优良的抗热震性能。相关研究内容已申请国家专利。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-34
  1.1 引言  11-12
  1.2 微电子封装技术演变与电路基板发展趋势  12-13
  1.3 功率电子的发展及陶瓷基板现状  13-16
    1.3.1 功率电子的发展趋势对基板材料的要求  13-14
    1.3.2 大功率LED 对散热基板的性能要求  14-15
    1.3.3 陶瓷基板材料现状  15-16
  1.4 氧化铝(Al_2O_3)陶瓷材料现状  16-17
    1.4.1 氧化铝陶瓷材料结构和物理化学性质  16-17
    1.4.2 氧化铝陶瓷制备技术  17
  1.5 氧化铝(Al_2O_3)陶瓷基板金属化研究现状  17-34
    1.5.1 电子封装对金属材料要求及其作用  17-18
    1.5.2 电子封装对陶瓷基板的要求  18-19
    1.5.3 氧化铝陶瓷基板金属化种类  19-21
    1.5.4 直接敷铜技术现状与发展趋势  21-31
    1.5.5 直接敷铝技术(DAB)现状与发展趋势  31-34
第二章直接敷铜陶瓷基板制备技术与性能研究  34-53
  2.1 引言  34
  2.2 实验过程  34-39
    2.2.1 实验过程设计  34
    2.2.2 实验材料  34-36
    2.2.3 实验步骤  36-39
  2.3 结果与分析  39-53
    2.3.1 铜对氧化铝陶瓷基板润湿性能  39-41
    2.3.2 氧化铝陶瓷基板粗化分析  41-42
    2.3.3 预氧化铜箔增重测试  42-43
    2.3.4 影响 DBC 抗弯性能因素分析  43-52
    2.3.5 本章小结  52-53
第三章敷铝陶瓷基板制备技术与性能研究  53-67
  3.1 引言  53
  3.2 实验过程  53-57
    3.2.1 实验原理与过程设计  53-55
    3.2.2 实验材料  55
    3.2.3 实验步骤  55-57
  3.3 分析与讨论  57-66
    3.3.1 Mg 粉保护  57-58
    3.3.2 改善Al 对Al_2O_3陶瓷基板润湿性能分析  58-59
    3.3.3 陶瓷表面铜金属化层断面显微分析  59-60
    3.3.4 剪切强度的测试方法与分析  60-65
    3.3.5 抗热震性能测试  65-66
  3.4 本章小结  66-67
第四章结论与展望  67-69
  4.1 结论  67-68
    4.1.1 直接敷铜陶瓷基板  67
    4.1.2 直接敷铝陶瓷基板  67-68
  4.2 展望  68-69
    4.2.1 直接敷铜陶瓷基板  68
    4.2.2 直接敷铝陶瓷基板  68-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

金属直接敷接陶瓷基板制备方法与性能研究

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