氮化铝陶瓷基板的金属化工艺

氮化铝陶瓷具有优异的电学和热学性能，被认为是最有前途的高导热陶瓷基板材料。为了密封封装结构、安装元件以及连接输入和输出端子，氮化铝陶瓷基板的表面和内部需要金属化。

陶瓷表面金属化的可靠性和性能对陶瓷基片的应用有重要影响。最基本的要求是强粘合强度和优异的气密性。考虑到基板的散热，在金属和陶瓷之间的界面处也需要更高的热导率。氮化铝陶瓷表面金属化方法包括：薄膜法、厚膜法、高熔点金属化法、化学镀法、直接镀铜法(DBC法)等

薄膜法是通过离子镀、真空蒸发和溅射在氮化铝陶瓷基片上制备金属薄膜。理论上，任何金属膜都可以通过气相沉积技术镀在任何基底材料上，但是为了获得具有更好结合强度的基底/金属膜系统，通常要求两者的热膨胀系数尽可能匹配。通常，在多层结构衬底中，衬底内部的金属不同于表面上的金属。与陶瓷基板接触的薄膜金属应具有良好的反应性和与基板的强结合力。表面上的大多数金属都是高导电性的，不易氧化。

薄膜金属化层均匀，质量高，结合强度高，但由于设备投资大，难以大规模生产。

厚膜金属化法是通过丝网印刷等技术，按照预先设计好的图案，在氮化铝的陶瓷表面涂覆一层厚膜浆料，然后烧结得到钎焊金属层、电路、引线等。并且可以满足不同的要求。厚膜膏通常包括永久性粘合剂、有机载体和金属粉末，并通过球磨和混合形成。粘合剂通常是玻璃料、金属氧化物或两者的混合物。它的功能是连接陶瓷和金属，并确定厚膜浆料对基体陶瓷的附着力。这是生产厚膜浆料的关键。有机载体的主要功能是分散功能相和粘结相，同时保持厚膜浆料的一定粘度，为后续丝网印刷做准备，并在烧结过程中逐渐挥发。金属粉末是厚膜浆料的核心材料。热处理后，在陶瓷表面形成金属层，实现陶瓷的表面金属化。

由于氮化铝，的高活性，不能使用成熟的陶瓷厚膜金属化浆料，否则会出现气泡缺陷。厚膜工艺简单，便于小批量生产，且具有良好的导电性，但粘接强度不够高，受温度影响较大。

难熔金属法，也称为钼锰法，是以难熔金属粉末钼为主要成分，在金属化配方中加入少量低熔点锰，加入粘结剂涂覆陶瓷表面，然后烧结形成金属化层。该方法主要应用于氧化铝的金属化。如果在氮化铝，表面使用这种方法，有必要在氮化铝陶瓷表面预氧化一层Al2O3，以促进与金属粉末的反应。高熔点金属化法制备的备金属涂层与陶瓷基体附着力强，但所得金属薄膜表面难以直接焊接，导电性不理想，能耗高。

直接覆铜是在氮化铝陶瓷表面结合铜箔的金属化方法，是随着片上封装技术的兴起而发展起来的新技术。其基本原理是在铜和陶瓷之间引入氧，在1065~1083形成铜氧共晶液相，然后与陶瓷基体和铜箔反应生成二氧化硅铜，在中间相的作用下实现铜箔与基体的结合。由于氮化铝属于非氧化物陶瓷，在其表面镀铜的关键是在其表面形成Al2O3过渡层，并在过渡层的作用下实现铜箔与基体陶瓷的有效结合。

直接镀铜法导热性能好，结合强度高，力学性能好，易于大规模生产，但氧化工艺条件难以控制。

氮化铝陶瓷的化学镀是用还原剂将溶液中的金属离子还原到催化活性物体的表面，形成金属镀层。化学镀基底的表面粗糙度对镀层的结合强度有很大影响。在一定范围内，结合强度随着基底表面粗糙度的增加而增加。因此，化学镀的关键是使氮化铝陶瓷表面粗糙化。

化学镀成本较低，适合大规模生产，但其结合强度较低，尤其是在高温环境下，因此仅适用于不需要高结合强度的行业。