AlN陶瓷金属化的方法主要有:薄膜法(如钛、钯、金)、直接覆铜法、化学镀金属化法(如镍)、厚膜法(低温金属化、高温金属化)、及激光金属化法.
薄膜法
薄膜法是采用真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等真空镀膜法将膜材料和AlN陶瓷表面结合在一起.在AlN陶瓷表面金属化过程中,金属膜层与陶瓷基板的热膨胀系数应尽量一致,以提高金属膜层的附着力.AlN陶瓷薄膜金属化主要是依靠固态置换反应使金属层和陶瓷基片连接在一起,对于Ti、Zr等活性金属,其反应吉布斯自由能为负值,反应容易实现.目前,研究最多的是Ti浆料系统,Ti层一般为几十纳米,对于多层薄膜,则在Ti层上沉积Ag、Pt、Ni、Cu等金属后进行热处理.
优点:金属层均匀,结合强度高.
缺点:设备投资大,制作困难,难以形成工业化规模.
直接敷铜法
直接敷铜法是在AlN基片上,通过Cu-O共晶液相与Al2O3发生化学键合反应而实现的.在制备AlN-DBC基板之前,必须对AlN陶瓷表面进行热处理,以使其表面形成Al2O3薄层,然后将铜箔贴于基板上,在1065℃左右形成Cu-O系共晶溶液,与Al2O3薄层发生键合反应,从而使AlN和Cu结合在一起.直接敷铜法工艺过程中,要严格控制铜箔和AlN陶瓷基片预氧化的温度、气氛和时间,以使铜氧化生成Cu2O,在界区与Al2O3反应,提高AlN和Cu的结合强度.
优点:结合温度低(1065~1075℃),导热性好,附着强度高,机械性能优良,便于刻蚀,绝缘性及热循环能力高.
缺点:AlN陶瓷进行表面热处理形成的氧化物层会降低AlN基板的热导率.
化学镀金属化法
化学镀金属化法是在没有外电流通过的情况下,利用还原剂将溶液中的金属离子还原在呈催化活性的物体表面上,在物体表面形成金属镀层.化学镀法金属化的结合强度很大程度上依赖于基体表面的粗糙度,在一定范围内,基体表面的粗糙度越大,结合强度越高;另一方面,化学镀金属化法的附着性不佳,且金属图形的制备仍需图形化工艺实现.
优点:设备简单,成本低廉,无需二次高温处理,易于大规模生产.
缺点:AlN陶瓷表面与金属层结合强度不高
厚膜法
厚膜金属化技术一般采用含玻璃料的糊剂或印色,在陶瓷基板上通过丝网印刷形成封接用金属层、导体(电路布线)及电阻等,经烧结形成钎焊金属层、电路及引线接点等.AlN陶瓷厚膜金属化技术过程中,导体浆料起着至关重要的作用,厚膜浆料一般由粒度为1-5μm的金属粉末组成.目前,研究者采用Cu-Ag合金掺杂Ti作为金属化系统,以磷酸二丁酯(DBP)作有机载体,用丝网印刷工艺对AlN陶瓷表面进行金属化处理.
优点:工艺简单,适于自动化和多品种小批量生产,且导电性能好.
缺点:结合强度尚不够高,特别是高温结合强度低,且受温度影响大.
激光金属化法
激光金属化法利用激光的热效应使AlN表面发生热分解,直接生成金属导电层.激光照射到AlN陶瓷表面后,陶瓷表面吸收激光的能量,表面温度上升.当AlN表面温度达到热分解温度时,AlN表面就会发生热分解,析出金属铝.
优点：成本低、效率高、设备维护简单。
缺点：金属化层表面生成团聚物并呈多孔性,金属化层的附着性差和金属厚度不均等.
