从基片到基板：氮化铝陶瓷金属化有哪些技术路线？

氮化铝陶瓷是重要的散热基板材料，但是氮化铝陶瓷基板本身并不具备导电性，因此在用作大功率散热基板之前必须对其表面进行金属化。金属在高温下对陶瓷表面的润湿能力决定了金属与陶瓷之间的结合力，良好的结合力是封装性能稳定性的重要保证，因此，实现陶瓷基片的金属化是氮化铝陶瓷获得实际应用的重要一环。

氮化铝陶瓷是强共价键化合物，而金属一般都表现为金属键化合物，因此与其他化学键的化合物相比，在高温下氮化铝与金属的浸润性较差，实现金属化的难度较高。目前，使用广泛的氮化铝基片金属化的方法主要有以下几种：

厚膜法是指通过丝网印刷的方式直接在氮化铝陶瓷基体表面涂上一层导电浆料，然后经过干燥、高温烧结使金属涂层附着在陶瓷基体表面的工艺。导电浆料一般由导电金属粉末、玻璃粘结剂和有机载体组成。导电金属粉末决定了浆料成膜后的电学性能和机械性能，目前常用的金属粉末有银、铜、镍和铝等，其中，银和铜电阻低，成本低，较为适合工业化生产。因此，该工艺性能可靠，具有生产效率高、成本低、设计灵活等优点。其缺点在于受丝网印刷工艺的精度限制，附着力不易控制，烧结后的基板无法获得高精度线路，因此，只能应用于对线路精度要求不高的电子器件封装材料。

活性金属钎焊法，是直接在普通钎料中加入Ti、Zr、Al、Nb、V等化学性质较为活泼的过渡元素。这些活性元素直接与氮化铝陶瓷表面发生化学反应，形成过渡层，过渡层的主要产物是一些金属键化合物，并具有与金属相同的结构，因此可以被熔化的钎料金属润湿，形成冶金接合。

共烧法是通过丝网印刷工艺在氮化铝陶瓷生片表面涂刷一层难熔金属（钼、钨等）的厚膜浆料，一起脱脂烧成，使导电金属与氮化铝陶瓷烧成为一体结构。共烧法根据烧结温度的高低可分为低温共烧(LTCC)和高温共烧(HTCC)两种方式，两者工艺流程相似，所用设备也相差无几，但共烧温度差别较大，LTCC烧结温度一般为800-900℃，而HTCC烧结温度为1600-1900℃，HTCC基板更适用于大功率和高温场景。烧结后，为了便于芯片引线键合及焊接，还需在金属陶瓷复合体的金属位置镀上一层锌或镍等熔点较低的金属。共烧法容易实现多层化，实现高密度布线，由于导体绝缘与绝缘做成一体化结构，还可以实现气密封装。

直接覆铜法(DBC)的工艺流程是在铜和陶瓷表面处引入氧元素，然后在1000~1100℃的温度范围内形成氧化铜的共晶液相，该液相对互相接触的金属铜和陶瓷基板表面都具有良好润湿效果，从而实现陶瓷基板与铜的冶金结合。

直接镀铜法是利用半导体工艺在陶瓷基板上溅射铜种子层，再经曝光、显影、去膜等光刻工艺实现线路图案，最后通过电镀或化学镀方式使铜层达到一定厚度。种子层的注入是利用物理气相沉积（磁控溅射与真空蒸镀等）方法在陶瓷表面沉积一层金属层。