島津製作所於8月25日宣布，透過與大阪大學接合科學研究所（塚本雅裕教授）以及DOWA控股集團旗下公司DOWA Power Device的三方聯合研究，利用多光束增材製造法成功實現了銅-氮化鋁基板（Cu-AlN）的實用化。
圖1 成功實現商業化的多光束增材製造法新接合工藝。無需使用銲料即可直接接合銅（圖片提供：島津製作所）
圖2 既往接合方法——活性金屬釬焊法（圖片提供：島津製作所）
透過向氮化鋁基板同時噴射銅粉末和藍色半導體雷射，無需使用會導致絕緣不良的銀，便可直接塗覆形成銅電極層，該技術為世界首創。研究團隊表示，該技術不僅可用於功率半導體元件，還有望在光通信、通訊衛星、AI伺服器、醫療雷射等廣泛領域得到應用。
隨著高性能功率半導體元件的開發推進，亟需可高效管理器件產生熱量的技術。由銅與氮化鋁接合而成的Cu-AlN基板，作為兼具優異導熱性和絕緣性的材料，主要用於功率半導體元件的散熱用絕緣體。
既往接合方法一般採用使用含銀銲料的高溫接合。然而，該方法存在各類課題，首先是製造時間較長，還有會造成基板變形、開裂、接合部位剝離等問題的殘留應力（接合後殘留在材料內部的應力），以及在高溫、高濕或者高壓環境下銀會發生遷移，形成非預期導電通路的銀遷移現象所帶來的對絕緣可靠性的影響等。
三方於2022年11月開始啟動聯合研究，島津製作所負責開發使用藍色半導體雷射的銅塗覆裝置及加工工藝。該公司研究開發的多光束增材製造法，是一項能夠以牢固且低殘留應力、不使用銀的方式，將任意形狀的銅電路與陶瓷接合的技術。藍色半導體雷射對金屬的光吸收效率高，適合純銅材料的加工。
採用該技術製備的銅-氮化鋁基板，除具備高散熱性能外，熱循環耐久性（基板及接合部在高低溫反覆循環過程中不發生劣化並保持性能的能力）相比既往基板提高3倍以上。
此外，若運用3D成型技術，還能形成細線圖案和複雜電路形狀。對於這項新開發的技術，三方今後除了將應用於功率半導體元件外，還將進一步在要求高密度布線與小型化的光通信設備、AI伺服器等多種領域推進應用驗證。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
