中國粉體網(wǎng)訊 氮化鋁陶瓷具有優(yōu)良的熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)性能，如：高熱導(dǎo)率（理論值為320Ｗ/（m·K）），低介電常數(shù)（1MHz下約為８），與硅（Si）相匹配的線膨脹系數(shù)（293～773Ｋ時(shí)，4.8×10-6Ｋ-1），電絕緣性優(yōu)良（體積電阻率大于1012Ω·ｍ），密度較低（3.26g/cm3），無毒，比強(qiáng)度高等，因而氮化鋁陶瓷在電力電子器件、汽車工業(yè)、電真空器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
（圖片來源：廈門鉅瓷）
氮化鋁陶瓷金屬化主要方法
要使氮化鋁陶瓷作為電子器件來使用，往往需要跟其他材料（金屬、合金等）進(jìn)行有效連接。為了方便連接，很多情況下需要先將其金屬化處理。目前氮化鋁陶瓷金屬化的方法很多，主要有薄膜金屬化（如Ti/Pd/Au）、厚膜金屬化（低溫金屬化、高溫金屬化）、化學(xué)鍍金屬化（如鍍Ni）、直接鍵合銅（DBC）金屬化、活性封接法等。
薄膜金屬化法采用濺射鍍膜等真空鍍膜法使膜材料和基板結(jié)合在一起，由于是氣相沉積，原則上任何金屬都可以成膜，任何基板都可以金屬化，而且沉積的金屬層均勻，結(jié)合強(qiáng)度高。但薄膜金屬化需要后續(xù)圖形化工藝實(shí)現(xiàn)金屬引線的圖形制備，成本較高。
厚膜金屬化法是在陶瓷基板上通過絲網(wǎng)印刷形成封接用金屬層、導(dǎo)體（電路布線）及電阻等，通過燒結(jié)形成釬焊金屬層、電路及引線接點(diǎn)等。厚膜法的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)電性能好，工藝簡單，適用于自動(dòng)化和多品種小批量生產(chǎn)，但結(jié)合強(qiáng)度不高，且受溫度影響大，高溫時(shí)結(jié)合強(qiáng)度很低。
直接覆銅法利用高溫熔融擴(kuò)散工藝將陶瓷基板與高純無氧銅覆接到一起，所形成的金屬層具有導(dǎo)熱性好、附著強(qiáng)度高、機(jī)械性能優(yōu)良、便于刻蝕、絕緣性及熱循環(huán)能力高的優(yōu)點(diǎn)，但是后續(xù)也需要圖形化工藝，同時(shí)對AlN進(jìn)行表面熱處理時(shí)形成的氧化物層會(huì)降低AlN基板的熱導(dǎo)率。
氮化鋁陶瓷激光金屬化
在上述幾種常見的金屬化方法中，薄膜金屬化、化學(xué)鍍金屬化法、直接覆銅法的工藝流程相對復(fù)雜，而且涉及到圖形化工藝，增加了生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本。厚膜金屬化雖然工藝簡單，但是結(jié)合強(qiáng)度不高且易受溫度影響。為了解決以上問題，近年來，激光金屬化方法逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)之一。激光金屬化利用激光的熱效應(yīng)使AlN表面發(fā)生熱分解，直接生成金屬導(dǎo)電層，具有成本低、效率高、設(shè)備維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。
1、氮化鋁激光金屬化原理
使用激光實(shí)現(xiàn)氮化鋁金屬化的機(jī)理是利用激光產(chǎn)生的高溫使氮化鋁熱分解。氮化鋁受熱可分解為金屬鋁和氮?dú)狻５珳囟炔煌�，分解產(chǎn)生的鋁和氮?dú)馓幱诓煌男螒B(tài)。熱分解過程可用如下化學(xué)方程式描述：
由方程式可以看出，當(dāng)激光能量很高時(shí)，氮化鋁分解為鋁蒸汽和氮原子，隨著能量降低，氮化鋁未發(fā)生分解反應(yīng)，由固態(tài)變成氣態(tài)蒸發(fā)，能量進(jìn)一步降低，氮化鋁分解為鋁蒸汽和氮?dú)猓@幾種情況下的反應(yīng)都無法實(shí)現(xiàn)氮化鋁的金屬化。在氮化鋁表面形成金屬鋁層，應(yīng)選擇合適的能量密度，發(fā)生反應(yīng)(4)，使氮化鋁分解為固態(tài)鋁和氮?dú)鈴亩诘X表面形成導(dǎo)電鋁層。
2、激光金屬化影響因素
（1）目前使用激光金屬化氮化鋁的研究中主要使用的是紫外和紅外兩個(gè)波長范圍的激光。使用紅外激光進(jìn)行金屬化。相比于紫外激光，紅外激光對氮化鋁有更高的透射率且熱效應(yīng)強(qiáng)，可以分解更深層的氮化鋁，使得紅外激光能制造出更厚的金屬層。
（2）激光金屬化AlN過程中，同樣的激光器，當(dāng)工藝參數(shù)變化時(shí)會(huì)對金屬化效果有很大影響，主要的工藝參數(shù)有能量密度、脈寬、光斑搭接率，探究合適的激光工藝參數(shù)以得到更好的AlN金屬化效果是很有必要的。選用略低于燒蝕閾值的能量密度，以保證能形成厚且致密的金屬層而不產(chǎn)生燒蝕；激光熱效應(yīng)與脈寬正相關(guān)，因此選擇大的脈寬有利于氮化鋁熱分解；搭接率在96%左右效果最好。
（3）采用平頂光束可以制造出均勻致密的金屬層，且對光斑重疊率沒有過高要求，避免了使用高斯光束的一些弊端，提高了金屬化效率。
（4）在氬氣環(huán)境中金屬化可以避免形成的鋁層氧化，氬氣可以稀釋氮化鋁分解產(chǎn)生的氮?dú)�，減弱鋁與氮?dú)獾母邷囟畏磻?yīng)，提高鋁層導(dǎo)電性。
參考來源：
[1]成健等.氮化鋁表面激光金屬化研究進(jìn)展
[2]黃平獎(jiǎng)等. AlN陶瓷激光金屬化的研究進(jìn)展
[3]陳欣等. AlN陶瓷Mo-Mn法金屬化的機(jī)理研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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