你是否遇到以下問題？

在陶瓷基板（如Al2O3, AlN）上焊接芯片或貼裝元件后，金屬化層（如厚膜銀漿、薄膜Ti/Cu/Ni/Au）從陶瓷表面剝離？
這對于高導(dǎo)熱要求的IGBT驅(qū)動模塊（工控）或激光器封裝（醫(yī)療）是致命缺陷，如何根治？

解決方案：從界面科學(xué)與工藝控制入手，打造牢不可破的金屬-陶瓷結(jié)合

陶瓷基板金屬化層的脫落，本質(zhì)上是金屬層與陶瓷基體之間界面結(jié)合力不足，無法承受后續(xù)焊接或使用過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力、機械應(yīng)力。提升結(jié)合強度是一個涉及材料學(xué)、表面處理和工藝技術(shù)的系統(tǒng)工程。

1. 界面結(jié)合機理與失效原因

機械錨定效應(yīng)：陶瓷表面適當(dāng)?shù)拇植诙饶転榻饘賹犹峁┪锢礞i合。表面過于光滑則結(jié)合力弱。

化學(xué)鍵合與擴散：理想的結(jié)合是金屬層與陶瓷表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或相互擴散，形成過渡層。例如，鉬錳法（Mo-Mn）金屬化中，Mn會與Al2O3發(fā)生反應(yīng)。結(jié)合力弱往往源于陶瓷表面污染、活化不足，或金屬化燒結(jié)/鍍覆工藝不當(dāng)，未能形成有效的化學(xué)結(jié)合。

熱膨脹系數(shù)失配應(yīng)力：陶瓷與金屬的CTE不同，在溫度變化時會產(chǎn)生界面應(yīng)力。如果結(jié)合強度本身不足，應(yīng)力便會導(dǎo)致分層。

2. 提升結(jié)合強度的全方位策略

陶瓷基板前處理至關(guān)重要：

精密清洗：使用超聲清洗、等離子清洗等手段，徹底去除陶瓷表面的有機污染物、灰塵和吸附氣體。等離子體清洗還能活化表面，增加其表面能。

表面粗化控制：對于厚膜工藝，可通過噴砂或化學(xué)蝕刻獲得可控的、均勻的表面粗糙度。對于薄膜工藝，則需要極光滑的表面。

優(yōu)化金屬化體系與工藝：

厚膜工藝：選擇與陶瓷匹配性好的貴金屬漿料（如Ag-Pd, Au）。嚴格控制絲網(wǎng)印刷厚度、燒結(jié)溫度曲線（峰值溫度、保溫時間、升降溫速率），使玻璃相充分潤濕陶瓷并排出有機物。

薄膜工藝（如DPC、DBC）：采用磁控濺射等PVD方法時，需優(yōu)化濺射功率、氣壓、基底溫度，以獲得致密、附著力強的種子層。電鍍增厚過程需保證鍍層內(nèi)應(yīng)力可控。

引入過渡層：在陶瓷與功能金屬層之間增加過渡層（如Ti、Cr、Ni），這些金屬能與陶瓷中的氧形成強化學(xué)鍵，并與上層金屬形成良好合金化。

嚴格的過程與成品檢驗：

附著力測試：采用膠帶剝離測試、焊球拉動/剪切測試（用于焊盤）或劃痕測試法，定量或定性評估金屬化層結(jié)合力。

顯微結(jié)構(gòu)分析：通過SEM/EDS觀察界面形貌與元素分布，確認是否有連續(xù)的、無缺陷的過渡層。

3. 高功率與高頻應(yīng)用的特殊性
工控領(lǐng)域的新能源汽車IGBT模塊和醫(yī)療領(lǐng)域的固態(tài)激光器，都要求陶瓷基板具備極高的導(dǎo)熱性、絕緣性及長期可靠性。金屬化脫落直接導(dǎo)致熱阻飆升和信號中斷。這類產(chǎn)品往往采用氮化鋁或氮化硅基板，其金屬化工藝比氧化鋁更為敏感和復(fù)雜，對前處理和工藝潔凈度要求達到半導(dǎo)體級別。

4. 專業(yè)領(lǐng)域制造能力的門檻
陶瓷基板金屬化是電子封裝領(lǐng)域的專業(yè)分支，需要專門的技術(shù)積累和設(shè)備投入。深圳捷創(chuàng)電子在服務(wù)高端工控與醫(yī)療客戶的過程中，整合了專業(yè)的陶瓷基板加工與封裝能力。其產(chǎn)線配備了等離子清洗機、高精度絲印機、高溫?zé)Y(jié)爐和真空鍍膜設(shè)備，并建立了針對不同陶瓷材料和金屬化體系（厚膜、薄膜）的完整工藝規(guī)范與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。通過科學(xué)的界面工程控制和嚴格的可靠性驗證，確保了金屬化層在極端溫度循環(huán)和功率沖擊下的穩(wěn)定性，為客戶的高性能模塊提供了從基板到封裝的可靠解決方案。