隨著微電子產(chǎn)品發(fā)展趨向于功能多樣化、高性能化和產(chǎn)品小型化，特別是5G通信技術(shù)發(fā)展要求通信設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)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(zhǎng)等優(yōu)良特性，在大功率LED產(chǎn)業(yè)、高頻電子設(shè)備、大型網(wǎng)絡(luò)基站、濾波器件等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。而陶瓷基板表面金屬化是決定其實(shí)際應(yīng)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(jiǎn)要介紹。

一、共燒法

共燒多層陶瓷基板因利用厚膜技術(shù)將信號(hào)線、微細(xì)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(guān)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(jī)粘接劑混合形成漿料，再利用刮刀把漿料加工成片狀，經(jīng)干燥后形成陶瓷生坯，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求在生坯上加工導(dǎo)通孔并填充金屬粉末，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在生坯表面涂布形成線路圖形，最后將各層生坯層疊后進(jìn)行壓合，在共燒爐內(nèi)完成燒結(jié)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?zé)Y(jié)溫度則為850~900℃，造成這種差別的主要原因在于低溫?zé)Y(jié)漿料中加入了可以降低燒結(jié)溫度的玻璃材料。

共燒法用于陶瓷基板表面金屬化優(yōu)點(diǎn)是：在增加組裝密度、縮短互連長(zhǎng)度、減少信號(hào)延遲、減小體積、提高可靠性等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，特別適用于高頻通訊用組件。

缺點(diǎn)是：層壓過程中也極易造成圖形對(duì)位不精準(zhǔn)而導(dǎo)致公差累積過大等問題。

二、厚膜法

厚膜法是指采用絲網(wǎng)印刷的方式，將導(dǎo)電漿料直接涂布在陶瓷基體上，然后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)使金屬層牢固附著于陶瓷基體上的制作工藝。厚膜導(dǎo)體漿料的選擇是決定厚膜工藝的關(guān)鍵因素，它由功能相（即金屬粉末，粒徑在2μm以內(nèi)）、粘結(jié)相（粘結(jié)劑）和有機(jī)載體所組成。

厚膜導(dǎo)電漿料SEM圖片（銀60-80%，玻璃料5-25%，有機(jī)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(jié)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(jié)陶瓷與金屬并決定著厚膜漿料對(duì)基體陶瓷的附著力，是厚膜漿料制作的關(guān)鍵。有機(jī)載體的作用主要是分散功能相和粘結(jié)相，同時(shí)使厚膜漿料保持一定的粘度，為后續(xù)的絲網(wǎng)印刷做準(zhǔn)備,在燒結(jié)過程中會(huì)逐漸揮發(fā)。

目前，對(duì)于氧化鋁厚膜電子漿料的研究已經(jīng)趨于成熟，而氮化鋁厚膜電子漿料尚有較大的發(fā)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(shù)的興起而發(fā)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(jìn)氧元素，然后在1065~1083℃時(shí)形成Cu/O共晶液相，進(jìn)而與陶瓷基體及銅箔發(fā)生反應(yīng)生成 CuAlO₂或Cu（AlO₂）₂，并在中間相的作用下實(shí)現(xiàn)銅箔與基體的鍵合。 因?yàn)?span>AlN屬于非氧化物陶瓷，其表面敷銅的關(guān)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(shí)現(xiàn)銅箔與基體陶瓷的有效鍵合。

直接敷銅法應(yīng)用于陶瓷基板表面金屬化

銅箔具有良好的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能，而氧化鋁不僅具有導(dǎo)熱性能好、絕緣性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，還能有效地控制 CuAl₂O₃-Cu復(fù)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(shù)，目前廣泛地應(yīng)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(tài)下對(duì)陶瓷有著較好的潤(rùn)濕性以實(shí)現(xiàn)二者的敷接。 當(dāng)溫度升至660 ℃以上時(shí)，固態(tài)鋁發(fā)生液化，當(dāng)液態(tài)鋁潤(rùn)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(jié)晶生長(zhǎng)，冷卻到室溫實(shí)現(xiàn)兩者的結(jié)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(duì)陶瓷表面的潤(rùn)濕性，使敷接難以實(shí)現(xiàn)，因此在敷接前必須將其去除或是在無氧條件下進(jìn)行敷接。

直接敷鋁法用于陶瓷基板表面金屬化優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性良好、優(yōu)異的導(dǎo)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(jié)構(gòu)的直接敷銅法相比質(zhì)量可減輕44%，鋁線鍵合能力佳，鋁/陶瓷之間的熱應(yīng)力也相對(duì)較小，目前該技術(shù)發(fā)展迅速，已成功在汽車工業(yè)中得到應(yīng)用。

陶瓷基板應(yīng)用于功率元器件

目前國(guó)內(nèi)外對(duì) DAB技術(shù)做了大量的研究工作，但對(duì)鋁/陶瓷界面細(xì)節(jié)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(shù)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(fā)生熱循環(huán)剝離失效，因此界面鍵合強(qiáng)度成為薄膜法基板的技術(shù)瓶頸。

物理氣相沉積是采用蒸鍍或?yàn)R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(dǎo)電層。導(dǎo)電層承擔(dān)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(xué)性能穩(wěn)定且擴(kuò)散系數(shù)小的金屬材料。

薄膜法用于陶瓷基板表面金屬化優(yōu)點(diǎn)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(shí)精度高，非常適合對(duì)電路精度要求較高的電子器件封裝。

缺點(diǎn)是：電鍍廢液污染大、金屬層與陶瓷間的結(jié)合強(qiáng)度較低，產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)可靠性較低等不足。

陶瓷基本表面金屬化技術(shù)對(duì)比表

參考文獻(xiàn)：

1、俞曉東，傅仁利，井敏等，鋁和氧化鋁的潤(rùn)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(shù)與應(yīng)用進(jìn)展。

4、王文君，王雙喜，張丹等，大功率 LED封裝基板研究進(jìn)展。

李波濤