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陶瓷表面金屬(shu)化(hua)是陶瓷基板(ban)在(zai)電子封裝領域(yu)獲得(de)實(shi)際應用的(de)重要(yao)環節，金屬(shu)在(zai)高溫(wen)下(xia)對陶瓷表面的(de)潤(run)濕能力(li)決定了金屬(shu)與(yu)陶瓷之間的(de)結(jie)合力(li)，良好的(de)結(jie)合力(li)是封裝性能穩定性的(de)重要(yao)保證。因此(ci)，如何在(zai)陶瓷表面實(shi)施金屬(shu)化(hua)并改善(shan)二者之間的(de)結(jie)合力(li)是陶瓷金屬(shu)化(hua)的(de)工藝重點。
陶瓷基片→陶瓷基板
上一(yi)個帖(tie)子(zi)分享(xiang)了，下文我(wo)們一(yi)起來看看如何(he)才能讓一(yi)個“陶瓷基(ji)片”變(bian)成“陶瓷基板”。
一、厚膜法
厚膜印刷陶瓷基板(ban)（ThickPrintingCeramicSubstrate，TPC）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。根據金屬漿料粘度和絲網網孔尺寸不同，制備的金屬線路層厚度一般為幾微米到數十微米的膜層（提高金屬層厚度可通過多次絲網印刷實現）。
厚膜金屬化基板
優缺點(dian)：由于(yu)絲網印刷(shua)工藝限制，TPC基板無法獲得高精度線路，因此TPC基板僅在對線路精度要求不高的電子器件封裝中得到應用。不過厚膜電(dian)路雖然精度粗糙（最小線寬/線距一般大于100μm），但其(qi)優勢在(zai)于性能可(ke)靠，對(dui)加(jia)工設(she)備和環境要求低，具(ju)有生產(chan)效率高，設(she)計靈活(huo)，投資小(xiao)，成本低，多應用于電(dian)(dian)壓高、電(dian)(dian)流大、大功率的場(chang)合。
基材：厚膜集成(cheng)電路最常用(yong)的基片是含量為96％和85％的氧化鋁陶瓷；當要求導熱性特別好時，可采用氧化鈹(pi)陶瓷。氮化鋁(lv)陶瓷雖然導熱性能也很(hen)好(hao)，但(dan)大多數(shu)金屬對(dui)氮(dan)化鋁陶瓷的潤濕(shi)性并不理想，因(yin)此使用氮(dan)化鋁作為基片材(cai)料(liao)時需(xu)要特殊工藝支持，常見的手段(duan)有：①是利用玻璃料作為粘結相使金屬層與AlN層達到機械結合；②是添加與AlN能夠反應的物質作為粘結相，通過與AlN反應達到化學結合。
導電(dian)漿料：厚(hou)膜(mo)導體漿料的選擇(ze)是決定(ding)厚(hou)膜(mo)工藝的關鍵因素，它由功(gong)能相（即金屬粉末，粒(li)徑在2μm以內）、粘結相（粘結劑）和有機載體所組成。常見的金屬粉末有Au、Pt、Au/Pt、Au/Pd、Ag、Ag/Pt、Ag/Pd、Cu、Ni、Al及W等金屬，其中以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(ci)與金屬并決定著厚膜漿料對基體陶瓷(ci)的附著力，是厚膜漿料制作的關鍵。有機(ji)載(zai)體的作用主要是分散功(gong)能相和(he)粘結相，同時使厚(hou)膜漿料保持一(yi)定(ding)的粘(zhan)度(du)，為后續的絲網印(yin)刷做準備，在燒結過程中會(hui)逐漸揮發(fa)。
二、薄(bo)膜技(ji)術(shu)
薄膜(mo)技術（ThinFilmCeramicSubstrate，TFC）是指采用蒸鍍、光刻與刻蝕等方法制備所需材料膜層的技術，薄膜的含義不只是膜的實際厚度，更多的是指在基板上的膜產生方式。厚膜技術是“加法技術”，而薄膜技術是“減法技術”。使用光(guang)刻(ke)與刻(ke)蝕(shi)等工藝(yi)使薄膜技術得到的圖形特(te)征尺(chi)寸更小，線條更清晰(xi)，更適合(he)高密度和(he)高頻率環境。
微(wei)波集(ji)成(cheng)電路（MIC）基板：高純度(99.6%)氧化鋁基板
薄膜電路(lu)的(de)線條(tiao)細（最小(xiao)線寬2μm），精度高（線寬誤差2μm），但也正因“細小的線”不容起伏，薄膜電路對基片的表面質量要求高，所以用于薄膜電路的基板純度要求高（常見的是99.6%純度的氧化鋁），同時我們知道陶瓷的高純度也就代表的加工難度及成本的攀升。此外，細小的線，使其應用于大功率大電流存在較困難，因此主要應用通信領域小電流器件封裝。
三、直(zhi)接鍍銅
直接鍍銅（Directplatingcopper，DPC）工(gong)藝是(shi)在(zai)陶瓷薄膜工(gong)藝(yi)加(jia)(jia)工(gong)基礎上發展起來的陶瓷電(dian)(dian)路加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)。區別于傳統的厚膜和薄膜加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)，它的加(jia)(jia)工(gong)更加(jia)(jia)強化(hua)電(dian)(dian)化(hua)學(xue)加(jia)(jia)工(gong)要求(qiu)。通(tong)過物理方法實現陶瓷表面金(jin)屬化(hua)以后，采用電(dian)(dian)化(hua)學(xue)加(jia)(jia)工(gong)導電(dian)(dian)銅(tong)和功能膜層。
DPC陶瓷基(ji)板制備(bei)工藝
工藝簡述(shu)：激光在陶(tao)瓷基片上制備通孔（利(li)用激(ji)光對DPC基板切孔與通孔填銅后，可實現陶瓷基板上下表面的互聯，從而滿足電子器件的三維封裝要求。孔徑一般為60μm~120μm），隨后利用超聲波清洗陶瓷基片；采用磁控濺射技術在陶瓷基片表面沉積金屬種子層(Ti/Cu)，接著通過光刻、顯影完成線路層制作；采用電鍍填孔和增厚金屬線路層，并通過表面處理提高基板可焊性與抗氧化性，最后去干膜、刻蝕種子層完成基板制備。
與其他陶(tao)瓷(ci)表面金屬化方法相比(bi)，DPC工藝操作溫度低，一般在300℃以下，降低了制造工藝成本，同時有效避免了高溫對材料的不利影響。DPC基板利用黃光微影技術制作圖形電路，線寬可控制在20～30μm，表面平整度可達3μm以下，圖形精度誤差可控制在±1%之內，非常適合對電路精度要求較高的電子器件封裝。其不足之處在于電鍍沉積銅層厚度有限，電鍍廢液污染大，金屬層與陶瓷間結合強度稍低。
四、直接敷銅(tong)法
直接鍵合陶瓷基板，（DirectBondedCopperCeramicSubstrate，DBC）：直(zhi)接敷銅(tong)法(fa)，在陶瓷表面(主要是Al2O3和AlN)鍵合銅箔的一種金屬化方法。
DBC陶瓷基板制備工藝
其(qi)基本原理(li)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。
DCB-Al2O3基(ji)板（96%）
DBC熱(re)壓鍵(jian)合(he)的銅箔一般較厚，為100~600μm，具有強大的載(zai)流(liu)能力，可滿足高溫(wen)、大電流(liu)等極端環境的器(qi)件(jian)封應(ying)用要求，是電力電子模塊中久經(jing)考驗的標準(zhun)器(qi)件(jian)，在(zai)IGBT和LD封裝領域優勢明顯，不過，DBC表面圖形最小線寬一般大于100μm，不適合精細線路的制作。
五、活性金屬焊接陶(tao)瓷基板
由于(yu)DBC陶瓷基板制備工藝溫度高，金屬陶瓷界面應力大，作為活性DBC的升級版本，活性金屬焊接陶瓷基板（Active Metal Brazing Ceramic Substrate，AMB）的金(jin)屬焊料中加入了(le)少(shao)量活性元素(su)（Ti、Zr、Hf、V、Nb或Ta等稀土元素制備），可大大降低銅箔與陶瓷基片間的鍵合溫度。
AMB基板(ban)依靠活性(xing)焊(han)(han)料與陶瓷發生化學反應實(shi)現(xian)鍵(jian)合，因此結合強度高，可靠性(xing)好。但是該(gai)方法成本(ben)較高，合適的活性(xing)焊(han)(han)料較少(shao)，且焊(han)(han)料成分與工藝對焊(han)(han)接(jie)質量影響較大。
六、共燒(shao)法
共燒(shao)多(duo)層陶瓷基(ji)板(ban)因利(li)用厚膜技術將信號(hao)線、微細線等無(wu)源元件埋入基(ji)板(ban)中能夠(gou)滿(man)足集成電路的諸多(duo)要(yao)求，故在近幾(ji)年(nian)獲(huo)得了廣泛的關注。
共燒法有兩種(zhong)，一種(zhong)是高溫共燒（HTCC），另一種是低溫共燒（LTCC），兩者工藝流程基本相同，主要生產工藝流程均為漿料配制、流延生帶、干燥生坯、鉆導通孔、網印填孔、網印線路、疊層燒結以及最后的切片等后處理過程。兩種共燒法雖流程大致相同，但燒結的溫度卻相差很大。
典型的多層陶瓷基板的制造過程
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HTCC共燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度為1300~1600℃，而LTCC燒(shao)(shao)結溫(wen)(wen)度則為850~900℃。造(zao)成這種差別的主要原(yuan)因在于LTCC燒(shao)(shao)結漿料(liao)(liao)中(zhong)加入了可(ke)以降(jiang)低燒(shao)(shao)結溫(wen)(wen)度的玻(bo)璃材料(liao)(liao)，這是HTCC共燒(shao)(shao)漿料(liao)(liao)中(zhong)所沒有(you)的。雖然玻(bo)璃材料(liao)(liao)可(ke)降(jiang)低燒(shao)(shao)結溫(wen)(wen)度，但是導(dao)致基板的熱(re)導(dao)率大幅下降(jiang)。
HTCC材料燒結的(de)溫(wen)度(du)更高(gao)(gao)(gao)，因而具有更高(gao)(gao)(gao)的(de)機(ji)械(xie)強度(du)、熱(re)導(dao)率(lv)以及(ji)化學穩定性(xing)，同時具有材料來源(yuan)廣泛(fan)和成本低(di)、布線密度(du)高(gao)(gao)(gao)等優點，HTCC基(ji)板在對熱(re)穩定性(xing)、基(ji)體(ti)機(ji)械(xie)強度(du)、導(dao)熱(re)性(xing)、密封性(xing)、可靠性(xing)要求較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)大功率(lv)封裝領域更有優勢。但由(you)于所用(yong)金屬電導(dao)率(lv)低(di)，會造成信號延遲等缺陷(xian)，所以不適(shi)合(he)做高(gao)(gao)(gao)速(su)或高(gao)(gao)(gao)頻微(wei)組裝電路的(de)基(ji)板。
而LTCC基板由于玻璃陶瓷低介電常數和高頻低損耗性能，使之非常適合應用于射頻、微波和毫米波器件中。但由于在陶瓷漿料中添加了玻璃類材料，會使基板導熱率偏低，燒結溫度較低也使其機械強度不如HTCC基板。
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編輯：粉體圈Alpha
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