占玙娟, 周灵平, 朱家俊, 李德意, 彭 坤

(湖南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410082)

AlN陶瓷表面状态对Ti/Ni金属化薄膜粘结性能的影响

占玙娟, 周灵平1, 朱家俊, 李德意, 彭 坤

(湖南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410082)

采用电子束蒸发技术在AlN衬底上蒸镀Ti/Ni双层金属化薄膜，通过SEM、EDS和AES等方法分析抛光AlN表面状态及与金属化薄膜间的相互作用。结果表明：离子束清洗可去除AlN衬底表面疏松层，改变AlN衬底表面状态，提高衬底表面能。结合热蒸发原子的作用，膜基界面处Al、N和Ti元素之间产生相互扩散现象，AlN陶瓷和Ti膜的附着机制由未清洗前的简单附着改变为扩散附着，极大提高了金属化薄膜粘结性能，其拉脱强度达300 MPa以上，且无需后续退火处理。

氮化铝；表面状态；金属化；粘结性能；离子束

AlN陶瓷具有高热导率、低介电常数和低介电损耗等优良物理性能，其膨胀系数和介电性能分别与Si和Al2O3陶瓷接近，是高密度和高性能电子封装领域的一种理想基板材料[1]，但表面金属化是制约其广泛应用的因素之一。一般情况下，大部分金属与AlN陶瓷的润湿性很差，而在实际应用中，金属化层粘接牢固及其稳定性是至关重要的。Ti、Ta和W等金属因能与N形成高晶格能化合物，常被选作金属化体系的底层材料[2−5]。YASUMOTO等[6]认为在700～950 ℃退火时，Ti与AlN发生反应，并向AlN中扩散形成TiAl3，而N扩散到Ti膜中形成TiN，通过化合结合提高粘结强度。HE等[5,7]认为AlN/Ti体系退火后Ti与AlN衬底反应生成TiAl3、TiN、Ti4N3−x和Ti2N，形成化合物附着层。金属化薄膜粘结性能及其稳定性取决于界面的附着机制，而膜/基界面的附着机制除与膜层材料有关外，还与陶瓷基体表面状态有关。……