全球首创！岛津制作所等成功将铜-氮化铝基板制造技术投入实用
岛津制作所于8月25日宣布，与大阪大学接合科学研究所、DOWA Power Devices共同研究，成功将采用多光束增材制造法的铜-氮化铝（Cu-AlN）基板制造技术投入实用。该技术通过向AlN基板供给铜粉末的同时照射蓝色半导体激光，无需使用含银钎料即可直接形成铜电极。岛津制作所表示，此类技术在全球尚属首创。
Cu-AlN基板利用铜的高导热性以及AlN的导热性和电绝缘性，主要用作功率半导体器件的散热绝缘基板。传统上，通常采用活性金属钎焊法，即使用含银钎料在高温下将铜与AlN接合，但这种方法不仅制造时间长，还存在接合后残余应力导致基板变形、裂纹、接合部剥离，以及银迁移导致绝缘可靠性下降等问题。
新开发的生产工艺利用铜对蓝色半导体激光吸收效率高的特性，在AlN基板上将铜粉末熔化并直接涂覆。由于不使用钎料，可从根本上消除银迁移的诱因，同时在抑制残余应力的前提下实现铜与陶瓷的牢固接合。
三方的联合研究始于2022年11月。其中，岛津制作所负责蓝色半导体激光铜涂覆装置及加工工艺的开发。
采用新工艺制成的Cu-AlN基板，除具备高散热性能外，其热循环耐久性相比传统基板提升至3倍以上。热循环耐久性是指在反复高低温变化下，基板及接合部位不发生裂纹或剥离的耐受能力，对于需在高温运行或急剧温度变化环境中工作的功率模块而言，是决定长期可靠性的关键指标。
此外，多光束增材制造法依托3D造形技术，可在AlN基板上形成任意形状的铜电路。该方法不仅能应对细线图案和复杂电路形状，还有望在散热性、绝缘性之外，推动高密度布线与产品小型化。
未来，三方将推进该技术在功率半导体器件、光通信设备、通信卫星、AI服务器、医疗激光等领域的应用验证。随着半导体高性能化和高密度安装的推进，不仅功率半导体，AI加速器、光通信部件等也要求在有限空间内高效散热，同时确保电绝缘性与长期可靠性。基于无银直接接合带来的高绝缘可靠性、低残余应力、高耐久性，以及3D造形赋予的电路设计自由度，该技术旨在应用于传统工艺难以应对的高密度、高散热基板。
