聯(lián)系人:李鋒
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氮化鋁陶瓷具有優(yōu)異的電性能和熱性能,被認為是最具有前途的高熱導陶瓷基片材料。為了封裝結構的密封,元器件搭載及輸入、輸出端子的連接等目的,氮化鋁陶瓷基板表面及內部均需要金屬化。
陶瓷表面金屬化的可靠性和性能對陶瓷基板的應用有重要的影響,牢固的結合強度和優(yōu)良的氣密性是最基本的要求??紤]到基板的散熱性,還要求金屬和陶瓷界面處能夠具有較高的熱導率。氮化鋁陶瓷表面的金屬化方法有:薄膜法、厚膜法、高熔點(diǎn)金屬化法、化學(xué)鍍法、直接覆銅法(DBC)等。
薄膜法
薄膜法是采取離子鍍、真空蒸鍍、濺射鍍膜等方法在氮化鋁陶瓷基板上制備金屬薄膜。理論上任何金屬薄膜都可以通過(guò)氣相沉積技術(shù)鍍在任何基板材料上,但是為了獲得粘結強度更好的基板/金屬膜層系統,一般要求兩者的熱膨脹系數應盡量匹配。通常在多層結構基板中,基板內部金屬和表層金屬不盡相同,陶瓷基板相接觸的薄膜金屬應該具有反應性好、與基板結合力強的特性,表面金屬層多選擇電導率高、不易氧化的金屬。
薄膜法金屬化層均勻,金屬化層質(zhì)量高,結合強度高,但是設備投資大,難以進(jìn)行規?;a(chǎn)。
厚膜法
厚膜金屬化法是在氮化鋁陶瓷基板上通過(guò)絲網(wǎng)印刷等技術(shù)在陶瓷表面按預先設計好的樣式覆蓋上一層厚膜漿料,經(jīng)燒結得到可以滿(mǎn)足不同需求的釬焊金屬層、電路及引線(xiàn)接電等。厚膜漿料一般包括永久粘結劑、有機載體和金屬粉末,經(jīng)球磨混煉而成,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(zhù)厚膜漿料對基體陶瓷的附著(zhù)力,是厚膜漿料制作的關(guān)鍵。有機載體的作用主要是分散功能相和粘結相,同時(shí)使厚膜漿料保持一定的粘度,為后續的絲網(wǎng)印刷做準備,在燒結過(guò)程中會(huì )逐漸揮發(fā)。金屬粉末是厚膜漿料中的核心物質(zhì),在經(jīng)過(guò)熱處理后在陶瓷表面形成金屬層,從而實(shí)現陶瓷的表面金屬化。
由于氮化鋁的活潑性強,所以不能套用已經(jīng)較為成熟的陶瓷厚膜金屬化使用的漿料,否則會(huì )導致產(chǎn)生氣泡缺陷。厚膜法工藝簡(jiǎn)單,方便小批量化生產(chǎn),且導電性能好,但結合強度不夠高,且受溫度影響大。
高熔點(diǎn)金屬化法
高熔點(diǎn)金屬法也稱(chēng)為Mo-Mn法,是以難熔金屬粉Mo為主,再加入少量低熔點(diǎn)Mn的金屬化配方,加入粘結劑涂覆到陶瓷表面,然后燒結形成金屬化層。這個(gè)方法主要應用在A(yíng)l2O3的金屬化中,如要在A(yíng)lN表面使用該方法則需要在A(yíng)lN陶瓷表面預先氧化處理上一層Al2O3,以便于與金屬粉末反應。
高熔點(diǎn)金屬化法制備得到的金屬覆蓋層與陶瓷基體結合力較強,但獲得的金屬膜表面直接焊接比較困難,且導電性不理想,耗能大。
直接覆銅法
直接覆銅法是在A(yíng)lN陶瓷表面鍵合銅箔的一種金屬化方法,它是隨著(zhù)板上芯片封裝技術(shù)的興起而發(fā)展出來(lái)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)生反應生成Cu(AlO2)2,并在中間相的作用下實(shí)現銅箔與基體的鍵合。因 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(guò)渡層,并在過(guò)渡層的作用下實(shí)現銅箔與基體陶瓷的有效鍵合。
直接覆銅法導熱性好,附著(zhù)強度高,機械性能好,易于大規模生產(chǎn),但氧化工藝條件不易控制。
化學(xué)鍍法
化學(xué)鍍法是利用還原劑將溶液中的金屬離子還原在催化活性的物體表面而形成金屬鍍層?;瘜W(xué)鍍法基體表面的粗糙度對鍍層的粘附強度有很大的影響,并且在一定范圍內,結合強度隨著(zhù)基片表面的粗糙度增大而提高。因此化學(xué)鍍法的關(guān)鍵工藝是對AlN陶瓷進(jìn)行表面粗糙化處理。
化學(xué)鍍法成本較低,適應于大規模生產(chǎn),但是結合強度較低,特別是在高溫環(huán)境下的結合強度特別低,所以只適用于那些對結合強度要求不是很高的行業(yè)。