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岛津制作所与大阪大学连接焊接研究所（大阪府茨城市；塚本正弘教授）以及道和控股株式会社旗下公司道和电源设备株式会社（长野县盐尻市）合作，成功将采用多光束增材制造技术制造的铜铝氮化物（Cu-AlN）基板投入实际应用。这是世界上首个无需使用可能导致绝缘失效的银，即可直接在氮化铝（AlN）基板上涂覆铜电极的技术。该技术通过将铜粉同时送入基板并用蓝光二极管激光照射，实现了铜电极的直接涂覆。除了功率半导体器件外，该技术预计还将应用于光通信、通信卫星、人工智能服务器和医用激光器等众多领域。

随着高性能功率半导体器件的不断发展，高效散热技术的需求日益增长。铜铝氮化物（Cu-AlN）是一种将铜键合到氮化铝上的材料，它兼具优异的导热性和电绝缘性，主要用作功率半导体器件的绝缘散热衬底。传统的键合方法通常采用高温键合，并使用含银钎料。这些方法存在一些挑战，例如制造周期长、残余应力*1以及银迁移*2对绝缘可靠性的影响。

基于多光束增材制造的新型粘合工艺（右图）已成功投入实际应用。
与传统的活性金属钎焊连接方法（左图）不同，这种新方法无需使用钎焊材料即可直接连接铜。

自2022年11月起，三家合作伙伴开展联合研究，其中岛津负责开发基于蓝光二极管激光器的铜涂层系统及其制造工艺。岛津与其他合作伙伴共同开发的多光束增材制造方法，无需使用银即可将任意形状的铜电路直接键合到陶瓷上，从而实现低残余应力的牢固键合。蓝光二极管激光器非常适合加工纯铜，因为金属能够高效吸收蓝光激光。除了优异的散热性能外，其热循环耐久性*3也比传统基材高出三倍以上。此外，3D增材制造技术能够形成精细的线条图案和复杂的电路形状。除了功率半导体器件外，我们还将评估其在光通信设备和人工智能服务器等众多领域的应用，这些领域都需要高密度布线和小型化。

• *1 材料粘合或加工后残留的力。过大的残余应力会导致基材翘曲、开裂以及粘合区域出现分层。
• *2 银在高温、高湿或高压条件下发生迁移的现象，会形成意外的导电通路。这会降低电子元件和基板的绝缘可靠性。
• *3 基板和粘合区域在反复暴露于低温和高温环境而不发生性能退化的能力。这是评价功率模块散热基板长期可靠性的重要指标。

一种利用蓝光二极管激光器在氮化铝（AlN）基板上涂覆铜电极以制备铜-氮化铝（Cu-AlN）基板的工艺

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