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，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）

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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，同時對AlN進(jìn)行表面熱處理時形成的氧化物層會降低AlN基板的熱導(dǎo)率。

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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)?。但溫度不同，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，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)?，這幾種情況下的反應(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)變化時會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。