中國粉體網(wǎng)訊 氮化鋁陶瓷是重要的散熱基板材料,，但是氮化鋁陶瓷基板本身并不具備導(dǎo)電性，因此在用作大功率散熱基板之前必須對其表面進(jìn)行金屬化,。金屬在高溫下對陶瓷表面的潤濕能力決定了金屬與陶瓷之間的結(jié)合力，良好的結(jié)合力是封裝性能穩(wěn)定性的重要保證，因此,，實(shí)現(xiàn)陶瓷基片的金屬化是氮化鋁陶瓷獲得實(shí)際應(yīng)用的重要一環(huán)。
氮化鋁陶瓷是強(qiáng)共價(jià)鍵化合物,，而金屬一般都表現(xiàn)為金屬鍵化合物,，因此與其他化學(xué)鍵的化合物相比，在高溫下氮化鋁與金屬的浸潤性較差,，實(shí)現(xiàn)金屬化的難度較高,。目前，使用廣泛的氮化鋁基片金屬化的方法主要有以下幾種：
1.機(jī)械連接與粘結(jié)
機(jī)械連接法的特點(diǎn)是采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，利用機(jī)械應(yīng)力實(shí)現(xiàn)氮化鋁基片與金屬的連接,，比如熱套連接和螺栓連接。機(jī)械連接方法具有工藝簡單,，可行性好等特點(diǎn),，但是連接處應(yīng)力較大，不適用于高溫環(huán)境,，使用范圍受限,。
粘結(jié)是指以有機(jī)粘結(jié)劑為連接介質(zhì)，通過適宜的粘接工藝,，將性質(zhì)差異較大的氮化鋁基片與金屬材料結(jié)合成為一個(gè)機(jī)械整體的連接方法,。但粘接法同樣不適用于高溫、高強(qiáng)度的環(huán)境,，使用范圍較小,。
2.厚膜法（TPC）
厚膜法是指通過絲網(wǎng)印刷的方式直接在氮化鋁陶瓷基體表面涂上一層導(dǎo)電漿料，然后經(jīng)過干燥,、高溫?zé)Y(jié)使金屬涂層附著在陶瓷基體表面的工藝,。導(dǎo)電漿料一般由導(dǎo)電金屬粉末、玻璃粘結(jié)劑和有機(jī)載體組成,。導(dǎo)電金屬粉末決定了漿料成膜后的電學(xué)性能和機(jī)械性能,，目前常用的金屬粉末有銀,、銅、鎳和鋁等,，其中,，銀和銅電阻低，成本低,，較為適合工業(yè)化生產(chǎn),。因此，該工藝性能可靠,，具有生產(chǎn)效率高,、成本低、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn),。其缺點(diǎn)在于受絲網(wǎng)印刷工藝的精度限制,，附著力不易控制，燒結(jié)后的基板無法獲得高精度線路,，因此,，只能應(yīng)用于對線路精度要求不高的電子器件封裝材料。
TPC基板產(chǎn)品（圖源：金瑞欣）
3.活性金屬釬焊法（AMB）
活性金屬釬焊法,，是直接在普通釬料中加入Ti,、Zr、Al,、Nb,、V等化學(xué)性質(zhì)較為活潑的過渡元素。這些活性元素直接與氮化鋁陶瓷表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，形成過渡層,，過渡層的主要產(chǎn)物是一些金屬鍵化合物，并具有與金屬相同的結(jié)構(gòu),，因此可以被熔化的釬料金屬潤濕,，形成冶金接合。
AMB工藝流程
氮化鋁陶瓷基板是一種重要的散熱器件,，常常在高溫下使用,，所以需要更加耐高溫的連接接頭。以CuTi,、NiTi為主的高溫活性釬料,，可在1200~1800℃的范圍內(nèi)使用；以Au基,、Co基,、Pd基釬料為代表的三元系或者多元系釬料是最常用的高溫活性釬料，Au,、Co,、Pd的熔點(diǎn)分別為1064℃,、1492℃、1554℃,，在釬料中起到提高熔點(diǎn)的作用,。由于釬料中的活性元素化學(xué)性質(zhì)活潑，為避免在高溫下與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，所以活性釬焊必須在嚴(yán)苛的真空環(huán)境或者惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行,，技術(shù)成本較高，不適用于大規(guī)�,；瘧�(yīng)用,。
4.共燒法
共燒法是通過絲網(wǎng)印刷工藝在氮化鋁陶瓷生片表面涂刷一層難熔金屬（鉬、鎢等）的厚膜漿料,，一起脫脂燒成,，使導(dǎo)電金屬與氮化鋁陶瓷燒成為一體結(jié)構(gòu)。共燒法根據(jù)燒結(jié)溫度的高低可分為低溫共燒(LTCC)和高溫共燒(HTCC)兩種方式,，兩者工藝流程相似,，所用設(shè)備也相差無幾,，但共燒溫度差別較大,，LTCC燒結(jié)溫度一般為800-900℃，而HTCC燒結(jié)溫度為1600-1900℃,，HTCC基板更適用于大功率和高溫場景,。燒結(jié)后，為了便于芯片引線鍵合及焊接,，還需在金屬陶瓷復(fù)合體的金屬位置鍍上一層鋅或鎳等熔點(diǎn)較低的金屬,。共燒法容易實(shí)現(xiàn)多層化，實(shí)現(xiàn)高密度布線,，由于導(dǎo)體絕緣與絕緣做成一體化結(jié)構(gòu),，還可以實(shí)現(xiàn)氣密封裝。
HTCC工藝流程
5.薄膜法（TFC）
薄膜法是指采用濺射工藝直接在氮化鋁陶瓷基片表面沉積金屬層,，輔以蒸鍍,、光刻與刻蝕等方法將金屬層圖形制備成線路的技術(shù)。薄膜不僅是指膜的實(shí)際厚度,，更多的指在基板上的膜的產(chǎn)生方式,。厚膜技術(shù)是加法技術(shù)，而薄膜技術(shù)是減法技術(shù),。使用光刻與刻蝕等工藝使薄膜技術(shù)得到的圖形特征尺寸更小,，線條更清晰，更適合高密度和高頻率環(huán)境,，但直接在陶瓷基板表面進(jìn)行金屬化所得金屬化層的附著力不高,，并且氮化鋁基板與金屬的熱膨脹系數(shù)不匹配,，在工作時(shí)會受到較大的熱應(yīng)力。為了提高金屬化層的附著力,，減小陶瓷與金屬的熱應(yīng)力,，陶瓷基板一般采用多層金屬結(jié)構(gòu)。
薄膜陶瓷基板（圖源：金瑞欣）
6.直接覆銅法（DBC）
直接覆銅法(DBC)的工藝流程是在銅和陶瓷表面處引入氧元素,，然后在1000~1100℃的溫度范圍內(nèi)形成氧化銅的共晶液相,，該液相對互相接觸的金屬銅和陶瓷基板表面都具有良好潤濕效果，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷基板與銅的冶金結(jié)合,。
氮化鋁陶瓷基板DBC工藝（圖源：華西證券研究所）
而氮化鋁陶瓷是強(qiáng)共價(jià)鍵化合物,，Cu/O共晶液相對氮化鋁的潤濕性較差，因此要先對氮化鋁陶瓷基板進(jìn)行表面改性,，常用的方法是進(jìn)行預(yù)氧化處理,，使氮化鋁陶瓷表面形成厚度一定、分散均勻且結(jié)構(gòu)致密的氧化鋁層,，這樣覆接的界面就變成為氮化鋁-氧化鋁-銅界面,，以確保氮化鋁陶瓷和銅之間結(jié)合的可靠性。
7.直接鍍銅法（DPC）
直接鍍銅法是利用半導(dǎo)體工藝在陶瓷基板上濺射銅種子層,，再經(jīng)曝光,、顯影、去膜等光刻工藝實(shí)現(xiàn)線路圖案,，最后通過電鍍或化學(xué)鍍方式使銅層達(dá)到一定厚度,。種子層的注入是利用物理氣相沉積（磁控濺射與真空蒸鍍等）方法在陶瓷表面沉積一層金屬層。
DPC制備工藝
物理氣相沉積屬于低溫工藝（300℃以下）,，完全避免了高溫對材料或線路結(jié)構(gòu)的不利影響,，也降低了制造工藝成本，但是電鍍沉積銅層厚度有限,，且電鍍廢液污染大,。
幾種常見的氮化鋁陶瓷基板金屬化方法
以上是氮化鋁陶瓷基板金屬化較為常見的幾種方法，其各自優(yōu)缺點(diǎn)如上表所示,。除以上幾種方法之外,，熔焊、固相擴(kuò)散,、自蔓延高溫合成等方法也可用于氮化鋁陶瓷基板的金屬化,。
參考來源：
[1]齊維靖，大功率LED氮化鋁陶瓷散熱基板的制備
[2]張明昌等,，陶瓷基板金屬化制備技術(shù)的研究進(jìn)展
華西證券研究所,、福建臻璟
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/梧桐）
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