什么是陶瓷金属化？斯利通来告诉你！

尤其是随着5G时代的到来，半导体芯片功率不断增加，轻型化和高集成度的发展趋势日益明显，散热问题的重要性也越来越突出，这无疑对封装散热材料提出了更为严苛的要求。如何做好芯片热管理，将会是很长一段时间内行业必须要面对的问题。

在功率型电子元器件的封装结构中，封装基板作为承上启下、保持内外电路导通的关键环节，兼有散热和机械支撑等功能。受到了越来越多的制造商的重视。

怎么样才算是好的基板材料？

高热导率，低介电常数，有较好的耐热、耐压性能；有足够的强度、刚度，对芯片和电子元器件起到支撑和保护的作用；热膨胀系数接近芯片材料（如Si，GaAs），避免芯片的热应力损坏；成本尽可能低，满足大规模工业生产应用的需求；具有良好的加工、组装和安装性能。

陶瓷作为典型的无机非金属材料，似乎与金属站在了完全相反的位置上，但两者各自的优势又实在太突出，于是人们开始想法将陶瓷和金属结合起来，各显所长。陶瓷金属化技术就这么诞生了。多年来，陶瓷金属化一直是一个热门的课题，国内外学者都对其展开了深入的研究。

陶瓷材料的优势1.低通讯损耗－陶瓷材料本身的介电常数使得信号损耗更小。2.高热导率－芯片上的热量直接传导到陶瓷片上面，无需绝缘层，可以做到相对更好的散热。3.更匹配的热膨胀系数－陶瓷和芯片的热膨胀系数接近，不会在温差剧变时产生太大变形导致线路脱焊、内应力等问题。4.高结合力－斯利通陶瓷电路板产品的金属层与陶瓷基板的结合强度高，最大可以达到45MPa（大于1mm厚陶瓷片自身的强度）。5.高运行温度－陶瓷可以承受波动较大的高低温循环，甚至可以在500-600度的高温下正常运作。6.高电绝缘性－陶瓷材料本身就是绝缘材料，可以承受很高的击穿电压。

陶瓷用于电路中，必须首先对其金属化，即在陶瓷表面敷一层与陶瓷粘结牢固而又不易被熔化的金属薄膜，使其导电，随后用焊接工艺与金属引线或其他金属导电层相连接而成为一体。

可以说，陶瓷金属化效果的优劣，将直接影响最终的封装效果。

陶瓷金属化常用的制备方法主要有Mo-Mn法、活化Mo-Mn法、活性金属钎焊法、直接覆铜法(DBC)、磁控溅射法。

1、Mo-Mn法

Mo-Mn法是以难熔金属粉Mo为主，再加入少量低熔点Mn的金属化配方，加入粘结剂涂覆到Al2O3陶瓷表面，然后烧结形成金属化层。传统Mo-Mn法的缺点在于烧结温度高，能源消耗大，且配方中无活化剂的参与导致封接强度低。

2、活化Mo-Mn法

活化Mo-Mn法是在传统Mo-Mn法基础上进行的改进，改进的方向主要有：添加活化剂和用钼、锰的氧化物或盐类代替金属粉。这两类改进方法都是为了降低金属化温度。活化Mo-Mn法的缺点是工艺复杂、成本高，但其结合牢固，能极大改善润湿性，所以仍是陶瓷-金属封接工艺中发明最早、应用范围比较广的工艺。

3、活性金属钎焊法

活性金属钎焊法也是一种应用较广泛的陶瓷-金属封接工艺，它比Mo-Mn法的发展晚10年，特点是工序少，陶瓷-金属的封接只需要一次升温过程就能完成。钎焊合金含有活性元素，如Ti、Zr、Hf和Ta，添加的活性元素与Al2O3反应，在界面处形成具有金属特性的反应层，这种方法可以很容易地适应大规模生产，与钼-锰工艺相比，这种方法相对简单经济。

活性金属钎焊法缺点在于活性钎料单一，导致其应用受到一定限制，且不适于连续生产，仅适合大件、单件生产或小批量生产。

4、直接敷铜法(DBC)

DBC是在陶瓷表面(主要是Al2O3和AlN)键合铜箔的一种金属化方法，它是随着板上芯片(COB)封装技术的兴起而发展出来的一种新型工艺。其基本原理是在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。

5、磁控溅射法磁控溅射法是物理气相沉积的一种，是通过磁控技术在衬底上沉积多层膜，具有优于其他沉积技术的优点，如更好的附着力，更少的污染以及改善沉积样品的结晶度，获得高质量的薄膜。此法所得金属化层很薄，能保证零件尺寸的精度。DPC工艺支持PTH（电镀通孔）/Vias（导通孔）。可进行高密度组装－线/间距（L/S）分辨率可以达到20μm，从而实现设备的轻量化，小型化，集成化。

陶瓷金属化作为一种新型材料具有许多独特的优点，在不远的将来，陶瓷金属化材料必将大放光彩。