氮化铝陶瓷金属化方法.docx

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氮化铝性能

氮化铝（AlN）陶瓷具有以下诸多优点，是理想的电子封装材料，可作为基板制成印制电路（PCB）板应用于高频电路中。

另外，AlN陶瓷具有优越的传热性能，适用于大功率电路。

（1）高的热导率；

（2）热膨胀系数可与半导体硅片相匹配；

（3）具有高的绝缘电阻和介电强度；

（4）具有低的介电常数和介质损耗；

（5）机械性能高，机械加工性能好；

（6）具有非常低的二次电子发射系数；

（7）无毒。

但是，AlN陶瓷在高频大功率场合的应用通常会遇到与金属或陶瓷进行连接的问题，由于AlN属于共价键较强的化合物，一般的钎料不能润湿陶瓷表面。

因此，通常需将AlN表面改性，使其具有金属性质（即金属化），然后再采用常规的钎焊工艺实现AlN与金属的连接。

AlN陶瓷金属化的方法主要有：

薄膜金属化（如Ti/Pd/Au）、厚膜金属化（低温金属化、高温金属化）、化学镀金属化（如Ni）、直接覆铜法（DBC）及激光金属化

薄膜金属化

薄膜金属化法采用溅射镀膜等真空镀膜法使膜材料和基板结合在一起，通常在多层结构基板中，基板内部金属和表层金属不尽相同，陶瓷基板相接触的薄膜金属应该具有反应性好、与基板结合力强的特性，表面金属层多选择电导率高、不易氧化的金属。

由于是气相沉积，原则上任何金属都可以成膜，任何基板都可以金属化，而且沉积的金属层均匀，结合强度高。

但薄膜金属化需要后续图形化工艺实现金属引线的图形制备，成本较高。

厚膜金属化法

厚膜金属化法是在陶瓷基板上通过丝网印刷形成封接用金属层、导体（电路布线）及电阻等，通过烧结形成钎焊金属层、电路及引线接点等。

厚膜金属化的步骤一般包括：

图案设计，原图、浆料的制备，丝网印刷，干燥与烧结。

厚膜法的优点是导电性能好，工艺简单，适用于自动化和多品种小批量生产，但结合强度不高，且受温度影响大，高温时结合强度很低。

化学镀金属化法

化学镀金属化法是在没有外电流通过的情况下，利用还原剂将溶液中的金属离子还原在呈催化活性的物体表面上，在物体表面形成金属镀层。

化学镀法金属化的结合强度很大程度上依赖于基体表面的粗糙度，在一定范围内，基体表面的粗糙度越大，结合强度越高；另一方面，化学镀金属化法的附着性不佳，且金属图形的制备仍需图形化工艺实现。

直接覆铜法

直接覆铜法利用高温熔融扩散工艺将陶瓷基板与高纯无氧铜覆接到一起，所形成的金属层具有导热性好、附着强度高、机械性能优良、便于刻蚀、绝缘性及热循环能力高的优点，但是后续也需要图形化工艺，同时对AlN进行表面热处理时形成的氧化物层会降低AlN基板的热导率。

激光金属化法

激光金属化法利用激光的热效应使AlN表面发生热分解，直接生成金属导电层。

激光照射到AlN陶瓷表面后，陶瓷表面吸收激光的能量，表面温度上升。

当AlN表面温度达到热分解温度时，AlN表面就会发生热分解，析出金属铝。

具有成本低、效率高、设备维护简单等优点，在生产实践中得到了广泛的应用。

但是，激光金属化也同样面临着许多问题，如：

金属化层表面生成团聚物并呈多孔性，金属化层的附着性差和金属厚度不均等。