隨著微電子產品發展趨向于功能多樣化、高性能化和產品小型化，特別是5G通信技術發展要求通信設備（網絡基站、大型濾波器）等有更高的功率，因而陶瓷基板以其低熱阻、耐高壓、高散熱、壽命長等優良特性，在大功率LED產業、高頻電子設備、大型網絡基站、濾波器件等領域具有非常廣泛的應用前景。而陶瓷基板表面金屬化是決定其實際應用的重要前提。目前，陶瓷基板表面金屬化方法主要有共燒法、厚膜法、直接敷銅法、直接敷鋁法及薄膜法等，下面小編做簡要介紹。

一、共燒法

共燒多層陶瓷基板因利用厚膜技術將信號線、微細線等無源元件埋入基板中能夠滿足集成電路的諸多要求，目前得到了廣泛的關注。

共燒多層陶瓷基板

共燒法分為高溫共燒和低溫共燒。兩者工藝流程基本相同，首先將陶瓷粉體與有機粘接劑混合形成漿料，再利用刮刀把漿料加工成片狀，經干燥后形成陶瓷生坯，然后根據設計要求在生坯上加工導通孔并填充金屬粉末，利用絲網印刷技術在生坯表面涂布形成線路圖形，最后將各層生坯層疊后進行壓合，在共燒爐內完成燒結并成型。具體如下：

共燒法工藝流程

高溫共燒溫度為1300~1600 ℃，而低溫燒結溫度則為850~900℃，造成這種差別的主要原因在于低溫燒結漿料中加入了可以降低燒結溫度的玻璃材料。

共燒法用于陶瓷基板表面金屬化優點是：在增加組裝密度、縮短互連長度、減少信號延遲、減小體積、提高可靠性等方面具有顯著的優勢，特別適用于高頻通訊用組件。

缺點是：層壓過程中也極易造成圖形對位不精準而導致公差累積過大等問題。

二、厚膜法

厚膜法是指采用絲網印刷的方式，將導電漿料直接涂布在陶瓷基體上，然后經高溫燒結使金屬層牢固附著于陶瓷基體上的制作工藝。厚膜導體漿料的選擇是決定厚膜工藝的關鍵因素，它由功能相（即金屬粉末，粒徑在2μm以內）、粘結相（粘結劑）和有機載體所組成。

厚膜導電漿料SEM圖片（銀60-80%，玻璃料5-25%，有機料10-20%）

功能相金屬粉末一般為Au、Pt、Au/Pt、Au/Pd、Ag、Ag/Pt、Ag/Pd、Cu、Ni、Al及W等金屬，其中 Ag、Ag/Pd和 Cu漿料居多。粘結劑一般是玻璃料或金屬氧化物或是二者的混合物，其作用是連結陶瓷與金屬并決定著厚膜漿料對基體陶瓷的附著力，是厚膜漿料制作的關鍵。有機載體的作用主要是分散功能相和粘結相，同時使厚膜漿料保持一定的粘度，為后續的絲網印刷做準備,在燒結過程中會逐漸揮發。

目前，對于氧化鋁厚膜電子漿料的研究已經趨于成熟，而氮化鋁厚膜電子漿料尚有較大的發展空間。

三、直接敷銅法

直接敷銅法是在陶瓷表面（主要是Al₂O₃和AlN）鍵合銅箔的一種金屬化方法，它是隨著板上芯片封裝技術的興起而發展出來的一種新型工藝。其基本原理是在Cu與陶瓷之間引進氧元素，然后在1065~1083℃時形成Cu/O共晶液相，進而與陶瓷基體及銅箔發生反應生成 CuAlO₂或Cu（AlO₂）₂，并在中間相的作用下實現銅箔與基體的鍵合。 因為AlN屬于非氧化物陶瓷，其表面敷銅的關鍵在于在其表面形成一層Al₂O₃過渡層，并在過渡層的作用下實現銅箔與基體陶瓷的有效鍵合。

直接敷銅法應用于陶瓷基板表面金屬化

銅箔具有良好的導電及導熱性能，而氧化鋁不僅具有導熱性能好、絕緣性強、可靠性高等優點，還能有效地控制 CuAl₂O₃-Cu復合體的膨脹，使直接敷銅法制備的陶瓷基板具有近似氧化鋁的熱膨脹系數，目前廣泛地應用于IGBT、LD和 CPV 等的封裝散熱管理中。

四、直接敷鋁法

直接敷鋁法是利用鋁在液態下對陶瓷有著較好的潤濕性以實現二者的敷接。 當溫度升至660 ℃以上時，固態鋁發生液化，當液態鋁潤濕陶瓷表面后，隨著溫度的降低，鋁直接在陶瓷表面提供的晶核結晶生長，冷卻到室溫實現兩者的結合。該工藝由于鋁較為活潑，在高溫條件下容易氧化生成 Al2O3 薄膜而存在于鋁液表面，大大降低鋁液對陶瓷表面的潤濕性，使敷接難以實現，因此在敷接前必須將其去除或是在無氧條件下進行敷接。

直接敷鋁法用于陶瓷基板表面金屬化優點是熱穩定性良好、優異的導熱特性、良好的抗熱震疲勞性能和良好的鋁線鍵合能力，與同結構的直接敷銅法相比質量可減輕44%，鋁線鍵合能力佳，鋁/陶瓷之間的熱應力也相對較小，目前該技術發展迅速，已成功在汽車工業中得到應用。

陶瓷基板應用于功率元器件

目前國內外對 DAB技術做了大量的研究工作，但對鋁/陶瓷界面細節方面的研究還不夠深入。

五、薄膜法

薄膜法是主要采用物理氣相沉積（真空蒸鍍、磁控濺射等）等技術在陶瓷表面形成金屬層，再采用掩膜、刻蝕等操作形成金屬電路層的工藝過程，其中物理氣相沉積是最常見的薄膜制造工藝。由于金屬銅層與陶瓷層易發生熱循環剝離失效，因此界面鍵合強度成為薄膜法基板的技術瓶頸。

物理氣相沉積是采用蒸鍍或濺射等方法在陶瓷表面形成一層3~5μm的金屬薄膜作為陶瓷基板的導電層。導電層承擔著電氣連接及焊接的功能，選擇 Au、Cu、Ag等電阻率低、耐高溫、化學性能穩定且擴散系數小的金屬材料。

薄膜法用于陶瓷基板表面金屬化優點是：工藝操作溫度低，一般在300 ℃以下，降低了制造工藝成本，同時精度高，非常適合對電路精度要求較高的電子器件封裝。

缺點是：電鍍廢液污染大、金屬層與陶瓷間的結合強度較低，產品應用時可靠性較低等不足。

陶瓷基本表面金屬化技術對比表

參考文件：

1、俞曉東，傅仁利，井敏等，鋁和氧化鋁的潤濕性及氧化鋁陶瓷敷鋁基板。

2、井敏，何洪，宋秀峰，直接敷銅陶瓷基板及制備方法。

3、程浩，陳明祥，郝自亮等，功率電子封裝用陶瓷基板技術與應用進展。

4、王文君，王雙喜，張丹等，大功率 LED封裝基板研究進展。

李波濤