中国粉体网讯  氮化铝陶瓷具有优良的热学、力学、电学性能，如：高热导率（理论值为320Ｗ/（m·K）），低介电常数（1MHz下约为８），与硅（Si）相匹配的线膨胀系数（293～773Ｋ时，4.8×10^-6Ｋ^-1），电绝缘性优良（体积电阻率大于10¹²Ω·ｍ），密度较低（3.26g/cm³），无毒，比强度高等，因而氮化铝陶瓷在电力电子器件、汽车工业、电真空器件等领域有着广泛的应用。

（图片来源：厦门钜瓷）

氮化铝陶瓷金属化主要方法

要使氮化铝陶瓷作为电子器件来使用，往往需要跟其他材料（金属、合金等）进行有效连接。为了方便连接，很多情况下需要先将其金属化处理。目前氮化铝陶瓷金属化的方法很多，主要有薄膜金属化（如Ti/Pd/Au）、厚膜金属化（低温金属化、高温金属化）、化学镀金属化（如镀Ni）、直接键合铜（DBC）金属化、活性封接法等。

薄膜金属化法采用溅射镀膜等真空镀膜法使膜材料和基板结合在一起，由于是气相沉积，原则上任何金属都可以成膜，任何基板都可以金属化，而且沉积的金属层均匀，结合强度高。但薄膜金属化需要后续图形化工艺实现金属引线的图形制备，成本较高。

厚膜金属化法是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，通过烧结形成钎焊金属层、电路及引线接点等。厚膜法的优点是导电性能好，工艺简单，适用于自动化和多品种小批量生产，但结合强度不高，且受温度影响大，高温时结合强度很低。

直接覆铜法利用高温熔融扩散工艺将陶瓷基板与高纯无氧铜覆接到一起，所形成的金属层具有导热性好、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的优点，但是后续也需要图形化工艺，同时对AlN进行表面热处理时形成的氧化物层会降低AlN基板的热导率。

氮化铝陶瓷激光金属化

在上述几种常见的金属化方法中，薄膜金属化、化学镀金属化法、直接覆铜法的工艺流程相对复杂，而且涉及到图形化工艺，增加了生产周期和生产成本。厚膜金属化虽然工艺简单，但是结合强度不高且易受温度影响。为了解决以上问题，近年来，激光金属化方法逐渐成为人们研究的热点之一。激光金属化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，具有成本低、效率高、设备维护简单等优点，在生产实践中得到了广泛的应用。

1、氮化铝激光金属化原理

使用激光实现氮化铝金属化的机理是利用激光产生的高温使氮化铝热分解。氮化铝受热可分解为金属铝和氮气。但温度不同，分解产生的铝和氮气处于不同的形态。热分解过程可用如下化学方程式描述：

由方程式可以看出，当激光能量很高时，氮化铝分解为铝蒸汽和氮原子，随着能量降低，氮化铝未发生分解反应，由固态变成气态蒸发，能量进一步降低，氮化铝分解为铝蒸汽和氮气，这几种情况下的反应都无法实现氮化铝的金属化。在氮化铝表面形成金属铝层，应选择合适的能量密度，发生反应(4)，使氮化铝分解为固态铝和氮气从而在氮化铝表面形成导电铝层。

2、激光金属化影响因素

（1）目前使用激光金属化氮化铝的研究中主要使用的是紫外和红外两个波长范围的激光。使用红外激光进行金属化。相比于紫外激光，红外激光对氮化铝有更高的透射率且热效应强，可以分解更深层的氮化铝，使得红外激光能制造出更厚的金属层。

（2）激光金属化AlN过程中，同样的激光器，当工艺参数变化时会对金属化效果有很大影响，主要的工艺参数有能量密度、脉宽、光斑搭接率，探究合适的激光工艺参数以得到更好的AlN金属化效果是很有必要的。选用略低于烧蚀阈值的能量密度，以保证能形成厚且致密的金属层而不产生烧蚀；激光热效应与脉宽正相关，因此选择大的脉宽有利于氮化铝热分解；搭接率在96%左右效果最好。

（3）采用平顶光束可以制造出均匀致密的金属层，且对光斑重叠率没有过高要求，避免了使用高斯光束的一些弊端，提高了金属化效率。

（4）在氩气环境中金属化可以避免形成的铝层氧化，氩气可以稀释氮化铝分解产生的氮气，减弱铝与氮气的高温二次反应，提高铝层导电性。

参考来源：

[1]成健等.氮化铝表面激光金属化研究进展

[2]黄平奖等. AlN陶瓷激光金属化的研究进展

[3]陈欣等. AlN陶瓷Mo-Mn法金属化的机理研究

（中国粉体网编辑整理/山川）

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