[00107461]MCM金刚石复合多层基板技术

　　一、项目简介 　　本技术是研制金刚石基板和研究金刚石基板在MCM中应用的可行性和优越性，目的在于改善功率MCM的散热问题。在半导体芯片数越来越多，布线和封装密度越来越高的功率型MCM中，热效应尤为严重。虽然可以通过优化设计使热分布尽量合理，改进工艺以尽可能减少热应力，但这仅是在特定的元器件和材料情况下降低热效应的辅助手段，要从根本上解决问题只有加装外部散热器或采用新型基板材料。加装外部散热器可有效地降低MCM的温升，但不利于组装密度的提高。由于MCM的发展趋势是尺寸越来越小，所以只有从研制新型基板材料着手，才能真正解决功率型MCM的散热问题。 　　（1）与国内外同类技术比较：硅基PVD金刚石薄膜和复合基板附着牢固、膜厚均匀，居于国内先进水平。采用热丝法生产CVD金刚石薄膜达到一定厚度后从基底上分离，经抛磨处理后制成基片。光洁度与平面性均符合MCM基板的要求，达到国内领先水平，相当于九十年代中期国际先进水平。在MCM中有实用价值。 　　（2）成果的创造性、先进性：采用高能离子脉冲镀膜技术研制PVD金刚石薄膜，在镀膜过程中增加了离子轰击，改善了硅基片表面的附着力。采用热丝法研制CVD金刚石薄膜，并用分离和抛光、研磨等方法制成自撑式CVD金刚石基板，在MCM中可用作大功率器件的基底或直接用作MCM的基板。此外，对有限元三维热分析软件进行了版本升级，并编制了热分析图像格式转换软件，可将热分析结果转化为三维图像格式，增强了软件的功能。通过分组建模、整体解算，增大了热分析规模，提高了热分析精度。 　　（3）作用意义：金刚石基板的应用必将提高MCM的组装密度、缩小其体积和提高其可靠性，CVD金刚石基片还可替代氧化铍陶瓷基片用作MCM中大功率器件的高导热基底，具有良好的社会效益和潜在的经济效益。 　　二、主要技术指标 　　金刚石薄膜：折射率=1.9-2.8，体积电阻率=（108-1011）Ωcm，热导率=（200-400）W/mK；金刚石复合基板：绝缘层耐压≥50V（绝缘层厚度按10μm计算）。 　　实际达到的性能指标为：PVD金刚石薄膜：厚度=（1.2-1.4）μm；折射率=2-2.8；体积电阻率=（108-109）Ωcm；平均热导率=353W/mK。CVD金刚石薄膜：厚度=（0.2-0.6）mm；体积电阻率=（109-1010）Ωcm；介电常数=6-10；耐压>100V/10μm；平均热导率>800W/mK。 　　三、用前景 　　多芯片组件在缩小电子产品体积、提高产品性能方面起了重要作用。MCM中的大功率器件通常工作于恶劣环境中，较高的环境温度更将对MCM带来不良影响。因此，应该采用必要的技术措施降低MCM内部的温度。一是要降低内热阻，二是要加装外部散热器。加装外部散热器虽可有效地降低温度，但不利于组装密度的提高。只有从研制新基板这一方向来着手，才能解决MCM的散热问题。 　　2000年初信息产业部电子第24研究所应用CVD金刚石基板替代硅基板制作X7805RH抗核加固薄膜电路。经试验证明，金刚石基板可用于薄膜电路制作，可达到与硅基电路相近的电路参数性能，对器件的热通路将会有显著改善。 　　此外，金刚石基板的采用必将提高MCM的组装密度、缩小其体积和提高其可靠性。因此，既能提高MCM的研制水平，也为未来武器装备发展提供了技术储备。 　　金刚石基板可替代氧化铍陶瓷作为大功率MCM或大功率器件的散热基底，西安微电子技术研究所在HB172电路中进行了此项试验，取得了良好的应用效果。氧化铍对人体有毒，严重影响材料生产人员和使用基片的工艺技术人员的身体健康。金刚石基板的热导率比氧化铍高得多，其它性能也明显优于氧化铍，使用金刚石基板可彻底改变生产环境，并可进一步提高MCM的组装密度、缩小其体积和提高其可靠性。长远来看，金刚石基板全面替代氧化铍陶瓷是必然的发展趋势。 　　CVD金刚石基板成本较高，目前仅可能在高技术产品中获得应用。镀制PVD金刚石薄膜的高能离子束镀膜设备太贵，目前尚难以普及。对MCM金刚石基板需制定专门的技术条件，以保证基板具有可靠的电、热和工艺性能。金刚石基板具有良好的社会效益和潜在的经济效应，应用前景良好。