中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氮化鋁陶瓷具有優(yōu)良的熱學(xué),、力學(xué),、電學(xué)性能，如：高熱導(dǎo)率（理論值為320Ｗ/（m·K））,，低介電常數(shù)（1MHz下約為８）,，與硅（Si）相匹配的線膨脹系數(shù)（293～773Ｋ時(shí),，4.8×10-6Ｋ-1），電絕緣性優(yōu)良（體積電阻率大于1012Ω·ｍ）,，密度較低（3.26g/cm3）,，無毒，比強(qiáng)度高等,，因而氮化鋁陶瓷在電力電子器件,、汽車工業(yè)、電真空器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,。
（圖片來源：廈門鉅瓷）
氮化鋁陶瓷金屬化主要方法
要使氮化鋁陶瓷作為電子器件來使用,，往往需要跟其他材料（金屬、合金等）進(jìn)行有效連接,。為了方便連接,，很多情況下需要先將其金屬化處理。目前氮化鋁陶瓷金屬化的方法很多,，主要有薄膜金屬化（如Ti/Pd/Au）,、厚膜金屬化（低溫金屬化、高溫金屬化）,、化學(xué)鍍金屬化（如鍍Ni）,、直接鍵合銅（DBC）金屬化、活性封接法等,。
薄膜金屬化法采用濺射鍍膜等真空鍍膜法使膜材料和基板結(jié)合在一起，由于是氣相沉積,，原則上任何金屬都可以成膜,，任何基板都可以金屬化，而且沉積的金屬層均勻,，結(jié)合強(qiáng)度高,。但薄膜金屬化需要后續(xù)圖形化工藝實(shí)現(xiàn)金屬引線的圖形制備，成本較高,。
厚膜金屬化法是在陶瓷基板上通過絲網(wǎng)印刷形成封接用金屬層,、導(dǎo)體（電路布線）及電阻等，通過燒結(jié)形成釬焊金屬層,、電路及引線接點(diǎn)等,。厚膜法的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)電性能好，工藝簡(jiǎn)單,，適用于自動(dòng)化和多品種小批量生產(chǎn),，但結(jié)合強(qiáng)度不高，且受溫度影響大,，高溫時(shí)結(jié)合強(qiáng)度很低,。
直接覆銅法利用高溫熔融擴(kuò)散工藝將陶瓷基板與高純無氧銅覆接到一起,，所形成的金屬層具有導(dǎo)熱性好、附著強(qiáng)度高,、機(jī)械性能優(yōu)良,、便于刻蝕、絕緣性及熱循環(huán)能力高的優(yōu)點(diǎn),，但是后續(xù)也需要圖形化工藝,，同時(shí)對(duì)AlN進(jìn)行表面熱處理時(shí)形成的氧化物層會(huì)降低AlN基板的熱導(dǎo)率。
氮化鋁陶瓷激光金屬化
在上述幾種常見的金屬化方法中,，薄膜金屬化,、化學(xué)鍍金屬化法、直接覆銅法的工藝流程相對(duì)復(fù)雜,，而且涉及到圖形化工藝,，增加了生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本。厚膜金屬化雖然工藝簡(jiǎn)單,，但是結(jié)合強(qiáng)度不高且易受溫度影響,。為了解決以上問題，近年來,，激光金屬化方法逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)之一,。激光金屬化利用激光的熱效應(yīng)使AlN表面發(fā)生熱分解，直接生成金屬導(dǎo)電層,，具有成本低,、效率高、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用,。
1、氮化鋁激光金屬化原理
使用激光實(shí)現(xiàn)氮化鋁金屬化的機(jī)理是利用激光產(chǎn)生的高溫使氮化鋁熱分解,。氮化鋁受熱可分解為金屬鋁和氮?dú)�,。但溫度不同，分解產(chǎn)生的鋁和氮?dú)馓幱诓煌男螒B(tài),。熱分解過程可用如下化學(xué)方程式描述：
由方程式可以看出,，當(dāng)激光能量很高時(shí)，氮化鋁分解為鋁蒸汽和氮原子,，隨著能量降低,，氮化鋁未發(fā)生分解反應(yīng)，由固態(tài)變成氣態(tài)蒸發(fā),，能量進(jìn)一步降低,，氮化鋁分解為鋁蒸汽和氮?dú)猓@幾種情況下的反應(yīng)都無法實(shí)現(xiàn)氮化鋁的金屬化。在氮化鋁表面形成金屬鋁層,，應(yīng)選擇合適的能量密度,，發(fā)生反應(yīng)(4)，使氮化鋁分解為固態(tài)鋁和氮?dú)鈴亩诘X表面形成導(dǎo)電鋁層,。
2,、激光金屬化影響因素
（1）目前使用激光金屬化氮化鋁的研究中主要使用的是紫外和紅外兩個(gè)波長(zhǎng)范圍的激光。使用紅外激光進(jìn)行金屬化,。相比于紫外激光,，紅外激光對(duì)氮化鋁有更高的透射率且熱效應(yīng)強(qiáng)，可以分解更深層的氮化鋁,，使得紅外激光能制造出更厚的金屬層,。
（2）激光金屬化AlN過程中，同樣的激光器,，當(dāng)工藝參數(shù)變化時(shí)會(huì)對(duì)金屬化效果有很大影響,，主要的工藝參數(shù)有能量密度、脈寬,、光斑搭接率,，探究合適的激光工藝參數(shù)以得到更好的AlN金屬化效果是很有必要的。選用略低于燒蝕閾值的能量密度,，以保證能形成厚且致密的金屬層而不產(chǎn)生燒蝕,；激光熱效應(yīng)與脈寬正相關(guān)，因此選擇大的脈寬有利于氮化鋁熱分解,；搭接率在96%左右效果最好,。
（3）采用平頂光束可以制造出均勻致密的金屬層，且對(duì)光斑重疊率沒有過高要求,，避免了使用高斯光束的一些弊端,，提高了金屬化效率。
（4）在氬氣環(huán)境中金屬化可以避免形成的鋁層氧化,，氬氣可以稀釋氮化鋁分解產(chǎn)生的氮?dú)猓瑴p弱鋁與氮?dú)獾母邷囟畏磻?yīng),，提高鋁層導(dǎo)電性,。
參考來源：
[1]成健等.氮化鋁表面激光金屬化研究進(jìn)展
[2]黃平獎(jiǎng)等. AlN陶瓷激光金屬化的研究進(jìn)展
[3]陳欣等. AlN陶瓷Mo-Mn法金屬化的機(jī)理研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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