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陶(tao)瓷表(biao)面(mian)(mian)金(jin)(jin)属(shu)(shu)化(hua)是陶(tao)瓷基板在电子封(feng)装领(ling)域获(huo)得实际(ji)应(ying)用的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)环(huan)节，金(jin)(jin)属(shu)(shu)在高温(wen)下对陶(tao)瓷表(biao)面(mian)(mian)的(de)润湿能力决定了金(jin)(jin)属(shu)(shu)与陶(tao)瓷之间(jian)的(de)结合(he)力，良好的(de)结合(he)力是封(feng)装性能稳定性的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)保证。因此，如何在陶(tao)瓷表(biao)面(mian)(mian)实施金(jin)(jin)属(shu)(shu)化(hua)并改善二者之间(jian)的(de)结合(he)力是陶(tao)瓷金(jin)(jin)属(shu)(shu)化(hua)的(de)工艺重(zhong)(zhong)点(dian)。
陶瓷基片→陶瓷基板
上一个帖(tie)子分享了(le)，下(xia)文我们一起来看看如何才能让一个“陶(tao)瓷基(ji)片(pian)”变成“陶(tao)瓷基板”。
一、厚膜法
厚膜(mo)印刷陶(tao)瓷基板（ThickPrintingCeramicSubstrate，TPC）是指采用丝网印刷的方式，将导电浆料直接涂布在陶瓷基体上，然后经高温烧结使金属层牢固附着于陶瓷基体上的制作工艺。根据金属浆料粘度和丝网网孔尺寸不同，制备的金属线路层厚度一般为几微米到数十微米的膜层（提高金属层厚度可通过多次丝网印刷实现）。
厚膜金属(shu)化基(ji)板
优缺点：由于(yu)丝网印刷工艺限制(zhi)，TPC基板无法获得高精度线路，因此TPC基板仅在对线路精度要求不高的电子器件封装中得到应用。不过厚膜电路虽然(ran)精度粗糙（最小线宽/线距一般大于100μm），但(dan)其(qi)优(you)势在(zai)于性(xing)能可靠，对(dui)加工(gong)设(she)备和环(huan)境要求(qiu)低，具有生产效率(lv)高，设计灵活，投资小，成(cheng)本(ben)低，多应用于电(dian)压高、电(dian)流大、大功率(lv)的(de)场合(he)。
基材：厚膜(mo)集成(cheng)电路最常(chang)用的(de)基片是含量(liang)为96％和85％的氧化铝陶瓷；当要求导热性特别好时，可采用氧化铍陶瓷。氮化铝陶瓷虽然导热性(xing)能也很好，但大(da)多数金属对(dui)氮化铝陶瓷的润湿性(xing)并不(bu)理想，因此使用氮化铝作为基片材(cai)料时需要特殊工(gong)艺支持，常见的手段有：①是利用玻璃料作为粘结相使金属层与AlN层达到机械结合；②是添加与AlN能够反应的物质作为粘结相，通过与AlN反应达到化学结合。
导(dao)电浆料：厚膜(mo)导体浆料的选择是(shi)决定(ding)厚膜(mo)工艺(yi)的关键(jian)因素，它由功能(neng)相（即金属粉末，粒径在2μm以内）、粘结相（粘结剂）和有机载体所组成。常见的金属粉末有Au、Pt、Au/Pt、Au/Pd、Ag、Ag/Pt、Ag/Pd、Cu、Ni、Al及W等金属，其中(zhong)以Ag、Ag/Pd和Cu浆料居多。粘结剂一般是玻璃料或金属氧化物或是二者的混合物，其作用是连结(jie)陶瓷(ci)与金(jin)属并决定(ding)着厚膜浆料对基体(ti)陶瓷(ci)的附着力，是厚膜浆料制(zhi)作的(de)关(guan)键。有机载体(ti)的(de)作用(yong)主(zhu)要是分散功能相和粘结相，同时使(shi)厚膜(mo)浆料保持(chi)一(yi)定的粘度，为后续(xu)的丝网(wang)印刷做(zuo)准备，在烧结过程中会(hui)逐渐(jian)挥发。
二、薄膜技术
薄(bo)膜技(ji)术（ThinFilmCeramicSubstrate，TFC）是指采用蒸镀、光刻与刻蚀等方法制备所需材料膜层的技术，薄膜的含义不只是膜的实际厚度，更多的是指在基板上的膜产生方式。厚膜技术是“加法技术”，而薄膜技术是“减法技术”。使用光刻(ke)与刻(ke)蚀等工艺使薄膜技术得到(dao)的图形特征尺寸(cun)更小，线条更清晰，更适合高(gao)密度(du)和高(gao)频率环境(jing)。
微(wei)波集成(cheng)电路（MIC）基板：高纯度(99.6%)氧化铝基板
薄膜电(dian)路的线条细（最(zui)小(xiao)线宽2μm），精度高（线宽误差2μm），但也正因“细小的线”不容起伏，薄膜电路对基片的表面质量要求高，所以用于薄膜电路的基板纯度要求高（常见的是99.6%纯度的氧化铝），同时我们知道陶瓷的高纯度也就代表的加工难度及成本的攀升。此外，细小的线，使其应用于大功率大电流存在较困难，因此主要应用通信领域小电流器件封装。
三、直接镀铜
直接镀铜（Directplatingcopper，DPC）工艺是在陶瓷薄膜(mo)工(gong)艺加(jia)工(gong)基础(chu)上发展(zhan)起来(lai)的(de)(de)陶瓷电(dian)路(lu)加(jia)工(gong)工(gong)艺。区(qu)别于传(chuan)统的(de)(de)厚膜(mo)和(he)薄膜(mo)加(jia)工(gong)工(gong)艺，它的(de)(de)加(jia)工(gong)更加(jia)强化电(dian)化学(xue)加(jia)工(gong)要(yao)求。通过物理方法实现陶瓷表面金(jin)属(shu)化以后，采用电(dian)化学(xue)加(jia)工(gong)导(dao)电(dian)铜和(he)功(gong)能膜(mo)层。
DPC陶瓷基板制备工艺
工艺简述：激光在陶瓷(ci)基片上制备通(tong)孔（利用激(ji)光对(dui)DPC基板切孔与通孔填铜后，可实现陶瓷基板上下表面的互联，从而满足电子器件的三维封装要求。孔(kong)径一般为60μm~120μm），随后利用超声波清洗陶瓷基片；采用磁控溅射技术在陶瓷基片表面沉积金属种子层(Ti/Cu)，接着通过光刻、显影完成线路层制作；采用电镀填孔和增厚金属线路层，并通过表面处理提高基板可焊性与抗氧化性，最后去干膜、刻蚀种子层完成基板制备。
与(yu)其他陶瓷表(biao)面(mian)金(jin)属化(hua)方法相比(bi)，DPC工艺操作温度低，一般在300℃以下，降低了制造工艺成本，同时有效避免了高温对材料的不利影响。DPC基板利用黄光微影技术制作图形电路，线宽可控制在20～30μm，表面平整度可达3μm以下，图形精度误差可控制在±1%之内，非常适合对电路精度要求较高的电子器件封装。其不足之处在于电镀沉积铜层厚度有限，电镀废液污染大，金属层与陶瓷间结合强度稍低。
四、直接敷铜法
直(zhi)接键(jian)合陶瓷基板(ban)，（DirectBondedCopperCeramicSubstrate，DBC）：直(zhi)接敷铜法，在(zai)陶瓷表(biao)面(主要是Al2O3和AlN)键合铜箔的一种金属化方法。
DBC陶(tao)瓷基(ji)板制备工艺
其(qi)基本原理(li)是在(zai)Cu与陶瓷之间引进氧元素，然后在1065~1083℃时形成Cu/O共晶液相，进而与陶瓷基体及铜箔发生反应生成CuAlO2或Cu(AlO2)2，并在中间相的作用下实现铜箔与基体的键合。因AlN属于非氧化物陶瓷，其表面敷铜的关键在于在其表面形成一层Al2O3过渡层，并在过渡层的作用下实现铜箔与基体陶瓷的有效键合。
DCB-Al2O3基板（96%）
DBC热压(ya)键合的铜箔一般较厚，为100~600μm，具有强(qiang)大的载流能力，可满(man)足高温、大电流等极端环境(jing)的器(qi)件封(feng)应(ying)用(yong)要求，是电力电子模块(kuai)中久经(jing)考验的标准器(qi)件，在(zai)IGBT和LD封装领域优势明显，不过，DBC表面图形最小线宽一般大于100μm，不适合精细线路的制作。
五、活(huo)性金属焊接陶(tao)瓷基(ji)板(ban)
由(you)于DBC陶瓷基板制备工艺温度高，金属陶瓷界面应力大，作为活性DBC的升级版本，活性金属焊接陶瓷基板（Active Metal Brazing Ceramic Substrate，AMB）的金(jin)属焊料中加(jia)入了少量活性元素（Ti、Zr、Hf、V、Nb或Ta等稀土元素制备），可大大降低铜箔与陶瓷基片间的键合温度。
AMB基板依靠活(huo)(huo)性焊(han)料(liao)与陶瓷(ci)发生化学反应实现键(jian)合(he)，因此结合(he)强度(du)高，可靠性好。但是该方法成(cheng)本(ben)较高，合(he)适的(de)活(huo)(huo)性焊(han)料(liao)较少，且焊(han)料(liao)成(cheng)分(fen)与工艺(yi)对(dui)焊(han)接质量影响较大。
六、共烧法
共烧多层陶瓷(ci)基(ji)板(ban)因利(li)用厚膜技(ji)术将(jiang)信号线(xian)、微细线(xian)等(deng)无源元件埋入(ru)基(ji)板(ban)中能够满(man)足集成电路的诸多要求(qiu)，故在近几(ji)年获得了(le)广泛的关注。
共烧法(fa)有两种，一种是高温共烧（HTCC），另一种是低温共烧（LTCC），两者工艺流程基本相同，主要生产工艺流程均为浆料配制、流延生带、干燥生坯、钻导通孔、网印填孔、网印线路、叠层烧结以及最后的切片等后处理过程。两种共烧法虽流程大致相同，但烧结的温度却相差很大。
典型(xing)的多层陶瓷基板的制(zhi)造过程
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HTCC共(gong)烧(shao)温(wen)度为1300~1600℃，而LTCC烧(shao)结温(wen)度则为850~900℃。造成这种差别的(de)(de)主要原(yuan)因在于LTCC烧(shao)结浆(jiang)料(liao)(liao)中加入了可以(yi)降低烧(shao)结温(wen)度的(de)(de)玻(bo)璃材料(liao)(liao)，这是HTCC共(gong)烧(shao)浆(jiang)料(liao)(liao)中所没有的(de)(de)。虽然玻(bo)璃材料(liao)(liao)可降低烧(shao)结温(wen)度，但(dan)是导致(zhi)基板的(de)(de)热导率(lv)大幅下降。
HTCC材料(liao)烧结的温度更(geng)高，因而具有更(geng)高的机械(xie)(xie)强(qiang)度、热导(dao)率(lv)(lv)以及化学稳定性，同(tong)时具有材料(liao)来源(yuan)广泛(fan)和成(cheng)本低、布线密度高等(deng)优点，HTCC基板(ban)在对热稳定性、基体(ti)机械(xie)(xie)强(qiang)度、导(dao)热性、密封性、可靠(kao)性要求较高的大功率(lv)(lv)封装领域更(geng)有优势。但由于(yu)所(suo)用(yong)金(jin)属(shu)电导(dao)率(lv)(lv)低，会造成(cheng)信号延迟(chi)等(deng)缺陷，所(suo)以不适合做(zuo)高速或高频微组装电路的基板(ban)。
而(er)LTCC基板由于玻璃陶瓷低介电常数和高频低损耗性能，使之非常适合应用于射频、微波和毫米波器件中。但由于在陶瓷浆料中添加了玻璃类材料，会使基板导热率偏低，烧结温度较低也使其机械强度不如HTCC基板。
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编辑：粉体圈Alpha
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