陶瓷金属化研究现状及发展趋势

秦典成，李保忠，肖永龙

（乐健科技（珠海）有限公司，广东省LED封装散热基板工程技术研究中心，广东 珠海 519180）

陶瓷金属化研究现状及发展趋势

秦典成，李保忠，肖永龙

（乐健科技（珠海）有限公司，广东省LED封装散热基板工程技术研究中心，广东 珠海 519180）

陶瓷作为一种导热率较高的新兴散热材料，在大功率电子元器件封装散热领域优势凸显。陶瓷表面金属化是陶瓷基板在功率型电子封装领域获得实际应用的重要环节，且金属化层的好坏将直接影响到功率型电子元器件的可靠性与使用寿命。本文在查阅并参考国内外权威文献资料的基础上，系统论述了陶瓷作为高导热的散热基板材料，其表面金属化的研究现状及发展趋势。并着重介绍了陶瓷金属化的新工艺及在其它领域的新应用。

陶瓷；基板；封装；高导热；金属化

0 引 言

随着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。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。陶瓷作为新兴的电子散热封装材料，具备较高的导热性、绝缘性、耐热性、强度以及与芯片匹配的热膨胀系数[1-2]，是功率型电子元器件理想的封装散热材料。因涉及到内外电路连接问题，陶瓷表面金属化是陶瓷材料在功率型电子元器件封装中获得实际应用的重要环节。

目前，国内外的研究者对陶瓷表面金属化展开了深入的研究，虽然取得了一定的成果，但仍存在着不少悬而未决的问题。本文从国内外陶瓷表面金属化的最新研究动态出发，详细介绍了近年来陶瓷金属化的研究、应用及发展状况，旨在为陶瓷金属化研究提供初步的理论及技术参考。

1 研究现状

因液态金属在陶瓷表面的润湿角较大，不易对陶瓷形成有效润湿。因此，直接将二者进行有效结合颇为困难[3-4]。目前，国内外的研究者在寻求增强金属对陶瓷表面润湿性的前提下，对陶瓷表面金属化开展了大量的研究工作，大致涵盖了陶瓷金属化机理、组织结构、物理性能、新工艺及应用推广等领域。

1.1 金属化机理

因陶瓷与金属是两种物理化学性质截然不同的材料，晶体晶格参数也不尽不同，强度、脆性及熔点差异过大，所以在陶瓷表面有效实施金属化颇为困难。具体表现为[5]：①陶瓷内部是离子键、共价键及二者的混合所组成，金属则是由金属键所构成。二者之间难以发生反应，导致金属难以在陶瓷表面形成有效润湿。②金属不易在陶瓷表面进行有效扩散，二者难以固溶。③二者的热膨胀系数及导热率相差过大，导致金属化的过程中，二者的结合面往往存在着较大的残余应力。在陶瓷表面实施金属化时，二者交界面的过渡层就成了研究者的关注焦点。过渡层可以事先由外部引入，也可以在金属化过程中逐渐形成，其目的均在于同时与陶瓷和金属发生作用，实现二者的结合。

目前的研究发现，过渡层对金属化过程起着决定性的作用。针对不同金属化方法，其机理各有不同。其主要观点有[6-13]：(1)活性元素分别与陶瓷和导电层的原子发生较强的键合作用机制。如张珊珊等利用大功率等离子体溅射沉积和电镀技术成功制备了具有不同过渡层的Al2O3和AlN陶瓷覆铜板，发现中间层所含活性元素与陶瓷和导电层的原子发生强键合作用是大幅度提高金属化层结合力与可靠性的基础。(2)过渡层的空位集中及电子交互反应机制。如Philipp I. Vysikaylo等利用等离子体技术在BeO陶瓷表面获得了金属化层，指出在等离子热活化过程中，过渡层的空位集中及电子交互反应是陶瓷表面金属化的基础。(3)玻璃相在毛细管力作用下的迁移机制。如蔡安富等[7]利用Mo、Mn、Al2O3等料粉配制出MnO-Al2O3-SiO2金属化膏并利用共烧法对陶瓷进行金属化，发现陶瓷中的某些物质(Ca、Mg、Si)形成了玻璃相，在毛细管力的作用下迁移进入金属化层，润湿Mo颗粒促进其烧结，同时与别的物质形成新的玻璃相填充钼骨架，使陶瓷与金属化层形成致密的牢固联结。(4)金属原子溶解机制。如Zhiqin Zheng等利用丝网印刷工艺在Al2O3陶瓷表面制备了银层，认为电子浆料中的Ag原子扩散后与玻璃粉发生反应并在陶瓷表面形成了网格结构，并因此而增加了靠近陶瓷表面的玻璃粉中Ag原子的溶度。Ag原子的高溶解度以及玻璃粉的低粘度是陶瓷基板获得较低表面电阻率及较高金属化层结合力的原因。

1.2 组织结构

目前的研究主要集中在利用不同的金属化方法，在指定的工艺参数下，研究过渡层的微观组织结构与金属化层物理性能之间的关系。经研究发现，过渡层通常由反应层、中间相、共晶组织及金属间化合物等所构成，这些微观组织结构的形貌及分布往往决定着过渡层的物理性能(结合力、润湿性、介电常数、可靠性等)[14-22]。

Pengfei Zhang等[14]利用丝网印刷工艺在AlN表面沉积了铜薄膜，在过渡层上发现了反应相Cu2O及中间相CuAlO2、CuAl2O4)，并探讨得出二者之间的结合力受反应相的影响较大，而中间相的存在有助于提升二者之间结合力的论断。任伟等[15]在对Al2O3陶瓷表面活性化处理之后，利用高频感应钎焊技术并使用Al-Si钎料将其与5005铝合金进行焊接，在600 ℃下保温1 min，在铝合金一侧发现有由团状α-Al与晶间渗入的Al-Ag-Cu所构成的共晶组织存在，并在团状α-Al上发现了板条状的初晶硅，而在Al2O3陶瓷一侧则存在着呈弥散分布的Al-Si过共晶组织，且研究称Ti3Cu3O反应层的形成是实现Al2O3陶瓷与5005铝合金可靠连接的关键。R.K.SHIUE等[19]采用红外钎焊技术，利用Ag-Cu-Ti活性铜焊合金在Al2O3表面成功制备出金属薄膜。在反应层发现了Ti3(Cu，Al)3O金属间化合物及大量铝，并发现此类金属间化合物及Al原子对早期的润湿行为起着非常重要的作用。Frank Steinhäußer[22]等通过对LTCC陶瓷表面的形貌进行研究后发现，陶瓷表面孔的垂直分布情况对后续金属化影响较大，通过增加陶瓷表面气孔数量虽然可降低介电常数，但同时也会造成陶瓷表面形貌的改变，对后续金属化将产生不良影响。

1.3 物理性能

可靠的物理性能是金属化陶瓷在功率型电子元器件上获得导热应用的前提条件。目前，金属化层物理性能方面的研究包括如下几方面[10,23-35]：(1)金属与陶瓷间的抗拉强度(结合力或附着力)、弯曲强度及剪切强度等；(2)金属化后的热稳定性、介电常数及表面电阻率等；(3)电子器件的电器性能(非线性系数、压敏电压、漏电流)和机械性能等。

Zhiqin Zheng等[10]利用丝网印刷工艺在Al2O3陶瓷表面制备了金属银层，发现在600 ℃时烧结20 s可获得最低的表面电阻率及最高的粘接强度。且经质量分数为35%的NaOH水溶液蚀刻后，表面电阻率及粘接强度仍然保持最佳值。J.ZIMMERMAN等[23]提出了一种金属化过程中残余应力的有限元模拟计算模型，该模型分为动态阶段和静态阶段两部分。动态阶段模拟单个金属粒子对基板附着过程，静态阶段则是在指定沉积金属厚度及自然冷却至室温的条件下模拟金属沉积过程中层与层之间的非线性热力学过程。研究表明，模拟所得结果与实验值能够很好的吻合。陶晔波等[25]人利用直流磁控溅射的方法在氧化锌压敏陶瓷表面实现了金属化，并提出了通过镍铬／铜／银三层电极膜系的结构以达到改善金属化层机械性能和电性能之目的的方法。与传统通过丝印烧结银浆获得金属化层的方法相比，直流磁控溅射法可使金属化层结合力从9.7 MPa提高到13.9 MPa；电子元器件的漏电流降低了55%，压敏电压与非线性系数分别增加了5.6和45.5%。谢建军等[27]通过直接敷铜(DBC)工艺，在AlN陶瓷基板表面制备Cu导电层，铜和AlN陶瓷基板间的结合强度超过了8 N/mm。随着敷接温度升高，Cu/AlN的界面结合力逐渐增大。Ravikumar Beeranur等[31]利用铜银合金为钎料，在氧化铝表面钎焊获得了SS304钢的金属化层，发现金属化层的最大剪切强度可达88±8 MPa，界面维氏硬度较陶瓷要低；FENGQUN LANG等[32]利用钎焊工艺在Si3N4基板表面制备了Cu薄膜，并在-40 ℃至300 ℃条件下研究了铜薄膜因应力所导致的退化规律。发现经3000个冷热循环后，Cu薄膜与陶瓷未出现剥离现象。但是随着冷热循环次数的增加，Cu薄膜的变形程度及表面粗糙度逐渐加大。热应力可导致Cu薄膜开裂及氧化，且氧化深度可达到铜薄膜厚度的5/6，铜薄膜的变形是引起冷热循环过程中金属化层结合力下降的主要原因。Hiroyuki Miyazakia等[33]利用钎焊工艺在Si3N4表面制备了铜薄膜，并研究了-40 ℃至250 ℃条件下金属化层的稳定性。结果发现，经历100个冷热循环后，0.3 mm的铜薄膜表面形成微裂纹。而0.15 mm的铜薄膜在经历1000个冷热循环后无微裂纹产生。经历10个冷热循环后，Si3N4基板残余弯曲强度为刚开始的78%，而在1000个冷热循环后，残余弯曲强度为起始值的65%。

1.4 新工艺/方法

随着陶瓷基板的应用日益广泛，金属化技术得到了进一步的发展，各种新方法也应运而生，如热浸镀铝工艺、化学镀工艺、振动电镀法等等[36-52]。

宁晓山[36]等采用热浸镀铝工艺，将陶瓷插入熔融铝液中定向移动后移出，在陶瓷表面形成一层厚度为数微米的铝膜。何宏庆等[37]首次将化学镀Ni-B合金技术应用于陶瓷金属化领域，研究确定了更适合金属化陶瓷的化学镀还原剂，并制备出了稳定可靠的Ni-B合金镀层。姚陆通等[38]采用锰粉与95%氧化铝粉配成膏剂涂敷于瓷面，在1550 ℃时焙烧1 h获得结合力良好的金属化层。朱东等[39]对陶瓷进行金属化预涂层处理，选用无脆性的镀镍工艺，在陶瓷表面获得了耐高温、耐高真空的厚镍层。李景云等[40]利用细钼粉对95%氧化铝陶瓷表面进行金属化，采用涂镍工艺和氨基磺酸镍电镀工艺，在保证镍层质量的同时，解决了细钼粉使用过程中镍层起泡问题，并进一步降低一次金属化烧结温度。陈海芹等[41]提出了光催化化学镀，发明了陶瓷真空管端面金属化的制备新方法。黄超等[42]对氧化铝陶瓷的配方、制造工艺和性能特点进行了研究，获得了物化性能优异、金属化烧结温度较低的陶瓷基板。梁田等[43]采用热压烧结的方法制备出TiO2衰减瓷，并用Mo-Mn法及电镀Ni的工艺流程对其实现金属化，实现与无氧铜的牢固焊接。周增林等[44]采用钨酸铵改性-热解-氢气还原-精细加工的工艺，制备了颗粒形貌为空心薄壁球形的“开桶即用”氮化铝(AIN)陶瓷金属化专用钨粉，有效实现A1N陶瓷的金属化并能提高产品质量。彭文平等[45]针对固相反应烧结法制备的Li2ZnTi3O8陶瓷材料烧结温度较高，与LTCC工艺不兼容的现状，通过掺杂低熔点的LBSCA玻璃大幅降低LZT材料体系的烧结温度，使材料体系表现出较好的微波介电性能。Hailuo Fu[46]等利用可溶性的金属盐作为金属氧化前驱，并将其制备成溶胶凝胶沉积于经表面处理过后的陶瓷或玻璃表面获得10-200 nm的粘接层，再利用化学镀的方式在陶瓷表面进行铜原子沉积并随后进行退火处理以消除残余应力，得到了厚度为15 μm、结合力为5 N/cm的镀层，且经260 ℃的回流焊处理后，经强加速应力测试结合力无明显减弱。

近年来，针对传统金属化工艺操作温度较高，工艺过程复杂，周期长，成本高，环境污染大等缺点，出现了一些新概念的绿色金属化方法[5,51-56]:T.CHMIELEWSKI等[5]利用喷枪发射金属粒子，并使金属粒子与陶瓷表面发生高速碰撞，从而将动能转化成热量为金属与陶瓷的结合提供必要的能量，最终在陶瓷表面实现金属化。S.Romankov等[47]利用超声辅助喷丸处理设备，通过在Al2O3表面预先沉积一层Cu-Ni-W粉末，然后再进行喷丸处理，最后在陶瓷表面形成一结合力良好的Cu-Ni-W复合金属化层。Ming Lv等[48]从研究激光直写及化学镀机理出发，利用激光直写技术分解PdCl2前驱体，并将分解产物渗入氧化铝基板表面作为化学镀的活化中心。通过王水溶矿法去除激光影响区的Pd，同时保留激光辐射区的PdO，大幅度提高了后续图形制作的分辨率，非常适合微电子仪器设备的应用要求。YU-CHOU SHIH等[49]利用化学镀法在陶瓷添加剂表面制备纳米级的银颗粒并作为太阳能电池中银电极与n型硅发射器之间的中间层，与不经表面处理的陶瓷添加剂所制得的太阳能电池相比，整体导热率提高了近22%。该银层还可作为导电通道，降低太阳能电池的电阻。Hong-Mao Wu等[50]利用水化学镀镍法在SiO2颗粒表面实施金属化，并在金属化之前利用聚二甲基二烯丙基氯化铵及苯乙烯磺酸钠的聚合电解质对SiO2颗粒表面进行表面处理，被吸收的聚合物电解质释产生-80 mV的表面负电荷，从而在前驱体水溶液中Ni2+能够在SiO2颗粒表面锚固。最后利用二甲胺基硼烷作为还原剂，在SiO2颗粒表面优先形成连续性的Ni层，最终实SiO2颗粒的金属化。T. CHMIELEWSKI等[51]根据摩擦焊接的原理，将金属Ti在固定的Al2O3陶瓷表面以一定的速度旋转获得热量，作为Ti在陶瓷表面沉积所需要的能量，最终在陶瓷表面制备出金属化层。V. Rico等[52]采用YAG激光辅助涂层法，利用1064nm的连续激光对Cu的聚合物配位化合物进行辐射处理，将其转化成4-14 μm具有金属光泽的玻璃涂层并覆盖在陶瓷表表面。Sergey V. Komarov等[53]通过超声波震荡获得能量对Ni粉进行球磨处理，并将球磨后的Ni粉于室温下在Al2O3陶瓷表面进行喷丸3 min，获得结合力良好，厚度在2-4 μm范围内的Ni薄膜。

1.5 应用推广

随着传统金属化方法的日渐成熟，金属化工艺在装饰、高频电子设备等领域也获得了应用，并使得产品的某些性能得到了有效的提升[57-60]。

Peter Sturesson等[54]利用高温共烧工艺，分别研究了双层丝网印刷金属铂及单层丝网印刷铂后在铂表面电镀金属银层对陶瓷LC谐振器阅读范围的影响。结果表明，前者的阅读范围可达61 mm，而后者的阅读范围为59 mm。V. J. Rico等[55]利用真空电子束蒸发工艺在陶瓷表面制备出Cu薄膜，然后利用近红外激光技术，通过控制激光的辐射条件，从而使陶瓷表面获得不同的装饰颜色。F.Steinhäußer[56]等利用脉冲电镀在经过粗糙处理的LTCC陶瓷表面制备宽20 μm的金属化导线，此方法可覆盖住陶瓷表面的微孔而不发生渗透，从而可将空气密封获得介电常数相对较低的LTCC基板，以满足高端雷达传感器等对较低介电常数散热基板的需要。Frank Steinhβer等[57]利用脉冲电镀技术在LTCC基板表面沉积上线宽为20 μm的银微带线，并能对陶瓷表面的微孔进行有效覆盖而不渗透入孔，不仅电阻率低至2.33 μΩcm，而且基板的介电常数从7.52下降至7.03(66 GHz条件下)，从而使基板表面的不同区域具备不同的介电常数，满足了高端高频电子设备的应用需求。

2 发展趋势

功率型电子元器件的大规模应用催生了陶瓷作为良好散热材料金属化工艺的问世，随着电子技术的迅猛发展，研究者们对陶瓷表面金属化的研究也日益深入。如前所述，目前对陶瓷金属化工艺的研究主要集中在物理性能、组织结构、金属化机理、新工艺及推广应用等方面。其中以对物理性能、组织结构、新工艺的研究居多，而对金属化机理及推广应用等方面的研究偏少。鉴于陶瓷金属化机理较为复杂，学术界在目前仍未达成统一的共识，而对金属化机理的研究是提高金属化水平及其它一切研究的基础。因此，未来对金属化过程机理的研究势必将会是成为人们所关注的焦点。

目前，实现陶瓷与金属连接的方式主要有两种[58]，一种方式是让二者在固态下实现连接，如直接敷铜法、直接敷铝法、厚膜法等等。但事实证明能够与某一特定陶瓷直接进行结合的金属并不多，往往需要在二者界面上引入其它元素或是在极端苛刻的条件下才能实现敷接。另一种方式是首先在陶瓷表面形成金属化薄膜作为过渡层，以改变陶瓷表面形貌及微观组织结构，为最终金属能够顺利在陶瓷表面实现金属化做准备，如物理气相沉积、化学气相沉积等。上述方法的实质都是通过设置并控制各种工艺参数及实验条件，增加金属对陶瓷表面的润湿性而实现陶瓷与金属的结合。这两种方法虽然在很大程度上满足了功率型电子元器件的实际应用，但是同时也存在着不可忽视的缺点。传统金属化工艺往往对操作温度有着较高的要求，且存在工艺过程复杂，有时候甚至要在真空或惰性气体的保护下才能完成，从而使得金属化过程耗时较多，成本也随之而大幅增加。并且在实际生产过程中还会产生大量的有害物质，不利于环保。另外，这两种方法还会在金属与陶瓷的结合面上形成较大的残余应力，容易导致界面开裂，甚至在陶瓷表面形成微裂纹。因此，探索并创新陶瓷金属化新工艺、新方法将是陶瓷金属化又一个重要的研究方向。

在陶瓷金属化过程的研究中，针对某些难以通过设备或仪器进行实时测量的参数，还可通过数学建模并利用仿真软件进行运算，利用仿真结果对实际试验过程进行预测或监控，以达到优化材料及设备结构，提升金属化能力的目的。例如钟伟等[59-60]针对在陶瓷金属化过程中，难以对高温氢炉中温度变化进行实时测量的难题，建立了三维流动传热的数学模型，结合有限元体积法对Al2O3陶瓷金属化过程中炉内的流动与传热问题进行求解，获得了温度的实时变化曲线，并着重讨论了氢气流量及陶瓷件数量等条件对氢炉内温度场的影响规律。结果发现，同一位置的金属化层最高温度受陶瓷件数量影响较小(＜2 ℃)，而不同位置的金属化层温度差则可达数十摄氏度。炉温均匀性虽受陶瓷件数量影响较大，但加热一段时间后会炉内出现了温度的统一区(z＜0.45 m)，在这一区域内，氢气流量对金属化层的最高温度几乎没有影响，金属化质量具有更好的一致性。因此，利用仿真手段对热流传动、残余应力、温度、气体流量、热力学过程等进行仿真模拟，为研究工作提供理论指导，也是日后值得研究的方向之一。

3 结束语

随着电子元器件的功率及封装集成度不断加大，对封装散热基板综合性能能力的要求也随之而提高。传统的导热材料如金属基板已经渐渐不能适应功率型电子元器件的应用需要，陶瓷作为新兴的导热材料，兼有热膨胀系数小、比强度高、绝缘性能好及散热能力优异等优点，是功率型电子元器件理想的封装散热材料。而对陶瓷表面金属化机理的深入研究及对金属化新工艺与新方法的探索，是改善陶瓷与金属界面物理性能的基础，也是陶瓷基板获得更大规模应用的前提条件，更是未来该领域主要的研究方向。

[1] PIEKOSZEWSKI J, KRAJEWSKI A, PROKERT F. Brazing of alumina ceramics modified by pulsed plasma beams combined with arc PVD treatment [J]. Vacuum, 2003, 70: 307-312.

[2] ZDUNEK K. Concept, techniques, deposition mechanism of impulse plasma deposition: A short review. Surface & Coatings Technology, 2007, 201: 4813-4816.

[3] BARLAK M, OLESIŃSKA W, PIEKOSZEWSKI J. Ion beam modification of ceramic component prior to formation of AlNCu joints by direct bonding process [J]. Surface & Coatings Technology, 2007, 201: 8317-8321.

[4] GOLANSKI D. Temperature distribution in a cylindrical Al2O3-steel joint during the vacuum brazing cycle [J]. Materials Processing Technology, 1996, 56: 945-954.

[5] CHMIELEWSKI T, GOLAŃSKI D, WŁOSIŃSKI W.Metallization of ceramic materials based on the kinetic energy of detonation waves [J]. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, 2015, 63(2): 449-456.

[6] 张珊珊,杨会生,颜鲁春,庞晓露,高克玮,李磊,李中正. 直接覆铜陶瓷板界面及其高温行为研究[J]. 真空电子技术,2016,(05):1-6.

[7] 蔡安富,陈新辉,崔颖,黄亦工. 高玻璃相95%Al2O3陶瓷金属化研究[J]. 真空电子技术,2015,(04): 47-51.

[8] 曹昌伟,冯永宝,丘泰,梁田. AlN陶瓷表面氧化及Mo-Mn法金属化研究[J]. 人工晶体学报,2017,(03):416-421+432.

[9] 郑志勤,易发成,王哲. 氧化铝陶瓷高温银浆表面金属化研究[J]. 陶瓷,2014,(05): 17-23.

[10] ZHENG Z Q, ZHANG Y, YI F C. Surface metallization of alumina ceramics: Effects of sintering time and substrate etching [J]. Ceramics International, 2014, 40: 12709–12715.

[11] VYSIKAYLO P I, MITIN V S, MITIN A V. Theoretical model of plasma metallization of ceramic heat sinks [J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2015, 43(3): 892-895.

[12] VYSIKAYLO P I, MITIN V S, MITIN A V. Plasma metallization coating and its adhesion to microwave transistor substrate – Part 1: Methods of experimental research [J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2015, 43(4): 1088-1092.

[13] VYSIKAYLO P I, MITIN V S, MITIN A V. Plasma metallization coating and its adhesion to microwave transistor substrate – Part 2: Experimental study of 3-D composite coating [J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2015, 43(6):1901-1905.

[14] ZHANG P F, FUN Renli, et al. Morphology of thick film metallizationon aluminum nitride ceramics and composition of interface layer [J]. Ceramics International, 2015, 41: 13381-13388.

[15] 任伟,张丽霞,郝通达,杨振文.Al2O3陶瓷与5005铝合金的高频感应钎焊[J].焊接学报,2015,(06):35-38+114-115.

[16] WANG Y, YANG Z W, ZHANG L X. Low-temperature diffusion brazing of actively metallized Al2O3ceramic tube and 5A05 aluminum alloy [J]. Materials and Design, 2015, 86:328-337.

[17] 付伟,宋晓国,赵一璇,韩桂海,冯吉才.Al2O3陶瓷与紫铜的间接钎焊[J].焊接学报,2015,(06):27-30+114.

[18] BRUST S, RÖTTGER A, THEISEN W, et al. Hightemperature stability and interfacial reactions of Ti and TiN thin films on Al2O3and ZrO2[J]. Surface & Coatings Technology,2016, 307: 47-55.

[19] SHIUE R K, WU S K, WANG J Y. Microstructural evolution at the bonding interface during the early-stage infrared active brazing of alumina [J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2012, 31A: 2527-2536.

[20] ZHENG J W, GAO D M, QIAO L. Influence of the Cu2O morphology on the metallization of Al2O3ceramics. Surface &Coatings Technology, 2016, 285: 249-254.

[21] XIN C L, LIU W B, LI Ning. Metallization of Al2O3ceramic by magnetrons puttering Ti/Mo bilayer thin films for robust brazing to Kovar alloy [J]. Ceramics International, 2016, 42:9599-9604.

[22] STEINHÄUßER F, TALAI A, GÖLTL G. Concentration and temperature dependent selectivity of the LTCC porosification process with phosphoric acid [J]. Ceramics International, 2017,43: 714-721.

[23] ZIMMERMAN J, LINDEMANN Z, GOLAŃSKI D. Modeling residual stresses generated in Ti coatings thermally sprayed on Al2O3substrates [J]. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, 2013, 61(2): 515-525.

[24] 王文婷,王德苗. 敏感陶瓷表面溅射金属化研究[J]. 真空科学与技术学报, 2014, (09): 896-899.

[25] 陶晔波,徐晓,金浩. ZnO压敏陶瓷溅射金属化的研究[J].压电与声光, 2016, 38(4): 603-606.

[26] 陈丽梅,黄亦工,张巨先. 高纯细晶Al2O3陶瓷金属化工艺研究[J]. 真空电子技术, 2014,(05): 76-80.

[27] 谢建军,王宇,汪暾,王亚黎,丁毛毛,李德善,翟甜蕾,林德宝,章蕾,吴志豪,施鹰. 直接敷铜工艺制备Cu/AlN材料的界面结构及结合性能[J]. 机械工程材料,2017,(01): 61-64.

[28] 陈波,熊华平,毛唯,邹文江. 采用Au基钎料真空钎焊Al2O3陶瓷[J]. 焊接学报,2016,(11): 47-50+131.

[29]陈晓宇. 钛酸钡陶瓷镀铜工艺研究[D].西南科技大学,2016.

[30] 王志勤,张孔. LTCC互连基板金属化孔工艺研究[J]. 电子与封装,2014,(02):35-38.

[31] BEERANUR R, WAGHMARE K K, SINGH R K.Characterization of vacuum brazing of SS 304 and alumina ceramic with active brazing [J]. Procedia Materials Science,2014, 5: 969-977.

[32] LANG Fengqun, YAMAGUCHI H, NAKAGAWA H. Cyclic thermal stress-induced degradation of Cu metallization on Si3N4substrate at -40°C to 300°C [J]. Journal of Electronic Materials, 2015, 44(1): 482-489.

[33] MIYAZAKIA H, IWAKIRI S, HIRAO K. Effect of high temperature cycling on both crack formation in ceramics and delamination of copper layers in silicon nitride active metal brazing substrates [J]. Ceramics International, 2017, 43: 5080-5088.

[34] TARNOVSKIY R, DITTS A. Influence of temperature and glass composition on aluminum nitride contact angle [J].Materials and Technologies of New Generations in Modern Materials Science, 2016, 156: 1-6.

[35] NAGHIBZADEH H, ODER G, HESSE J. Effect of oxygen partial pressure on co-firing behavior and magnetic properties of LTCC modules with integrated NiCuZn ferrite layers [J]. J Electroceram, 2016, 37: 100-109.

[36] 宁晓山,刘洋,毕娜,李莎,王波,李国才. 氧化铝陶瓷表面金属化新方法[J].真空电子技术, 2015, (04): 6-8.

[37] 何宏庆. 化学镀技术在陶瓷二次金属化中的应用[J].真空电子技术, 2015, (03): 61-63.

[38] 姚陆通,沈世铭. 一种陶瓷管壳高温釉高温金属化烧制方法[J].中国陶瓷工业, 2016, (03): 35-37.

[39] 朱东,储荣邦. 陶瓷上镀耐高温耐高真空的厚镍层工艺[J].电镀与精饰, 2014, (02): 23-24.

[40] 李景云,赵荣飞. 细钼粉对95%氧化铝陶瓷金属化质量的影响及存在问题的分析[J].真空电子技术, 2014, (04): 67-71.

[41] 陈海芹,刘敏,赵鑫,乔凯明,扈春鹤,刘雪峰. 端面金属化陶瓷真空管的制备方法与发展方向[J].真空, 2014, (03): 26-29.

[42] 黄超,张莎莎,赵德臻,高陇桥. 低温烧结和易于金属化的93%氧化铝陶瓷[J]. 真空电子技术, 2015, (04): 43-46.

[43] 梁田,邓家成,杨磊,林雄文,邹建军,刘洋,刘海楠,孙自强. 大功率速调管用TiO2衰减瓷及其金属化工艺研究[J]. 真空电子技术, 2016, (05): 48-50.

[44] 周增林,惠志林,李艳. “开桶即用”氮化铝陶瓷金属化专用钨粉的开发[J]. 真空电子技术, 2015, (05): 19-22.

[45] 彭文平,苏桦,张怀武,荆玉兰. LBSCA玻璃对微波介电陶瓷Li2ZnTi3O8性能的影响[J]. 压电与声光, 2017, (01): 63-66.

[46] FU H L, HUNEGNAW S, LIU Zhiming. Adhesive enabling technology for directly plating copper onto glass/ceramic substrates [J]. Electronic Components & Technology Conference, 2014: 1652-1655.

[47] ROMANKOV S, PARK Y C, KOMAROV S V. Formation of composite CuWNi layers on ceramic substrates under shot impact treatment [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2016,689: 777-786.

[48] LV M, LIU J G, WANG S H. Higher-resolution selective metallization on alumina substrate by laser direct writing and electroless plating [J]. Applied Surface Science, 2016, 366:227-232.

[49] SHIH Y C, SHAO Y, SHI F G. Novel ceramic additives for screen-printable silicon solar cellmetallization [J]. Electronic Materials, 2016, 45(8): 3999-4004.

[50] WU Hongmao, TSENG W J. Electroless nickel metallization to prepare SiO2–Ni composite particlesvia polyelectrolytes route[J]. Ceramics International, 2015, 41:1863-1868.

[51] CHMIELEWSKI T, GOLAŃSKI D, WŁOSIŃSKI W.Utilizing the energy of kinetic friction for the metallization of ceramics [J]. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, 2015,63(1): 201-207.

[52] RICO V, LÓPEZ-GASCÓN C, ESPINÓS J P. Metallization of ceramic substrates by laser induced decomposition of coordination complexes[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2016, 36: 2831-2836.

[53] KOMAROV S V, ROMANKOV S E. Mechanical metallization of alumina substrate through shot impact treatment [J]. Journal of the European Ceramic Society, 2014, 34: 391-399.

[54] STURESSON P. Ceramic pressure sensor for high temperatures: Investigation of the effect of metallization on Read range [J]. IEEE Sensors Journal, 2017, 17(8): 2411-2421.[55] RICO V J, LAHOZ R, REY-GARC-A F. Laser treatment of nanoparticulated metal thin films for ceramic tile decoration [J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8: 24880-24886.

[56] STEINHÄUßER F, SANDULACHE G, FAHRNER W.Thermal conductivity measurements with galvanic metallization[J]. Procedia Engineering, 2014, 87: 104 – 107.

[57] Frank Steinhäußer, Armin Talai, Gabriela Sandulache. Pulse plated silver metallization on porosified LTCC substrates for high frequency applications[J]. Microelectronics Reliability,2016 (60) : 93-100.

[58] K.L. Lin, M. Singh, R. Asthana, Interfacial characterization of alumina-to-alumina joints fabricated using silver–copper–titanium interlayers[J]. Mater. Charact., 2014 (90): 40-51.

[59] 钟伟,邹桂娟. 氧化铝陶瓷金属化层温度分析研究[J]. 真空科学与技术学报, 2016, (06): 718-722.

[60] 钟伟,邹桂娟,金大志. 不同条件下陶瓷金属化瞬态温度场的计算[J]. 真空科学与技术学报, 2016, (10): 1200-1204.

Current Status and Development of Ceramic Metallization

QIN Diancheng, LI Baozhong, XIAO Yonglong
(Rayben Technologies (Zhuhai) Ltd. Co., Zhuhai 519180, Guangdong, China; Guangdong LED Packaing Heat Sink Substratae Engineering Technology Research Center, Zhuhai 519180, Guangdong, China)

As a new heat dissipation material, ceramics with a high thermal conductivity has increasingly more advantages for application in high power electronic component packaging and dissipation. Ceramic metallization, the quality of which would directly inf l uence the reliability and service life of electronic component is very important for power electronics packaging. This paper presents research status and development trend of metallization of ceramics as substrate heat dissipation materials with emphases on new metallization techniques and applications in other fi elds.

ceramics; substrate; packaging; high thermal conductivity; metallization

date:2017-03-03. Revised date: 2017-03-06.

TQ174.75

A

1006-2874-(2017)05-0030-07

10.13958/j.cnki.ztcg.2017.05.005

2017-03-03。

2017-03-06。

秦典成，男，硕士，工程师。

Correspondent author: QIN Diancheng,male,Master, Engineer.

E-mail: mike_qin@rayben.com