景德镇创佳航空特种陶瓷有限公司

陶瓷，通常被称为无机非金属材料，可以看出人们直接将陶瓷定位在金属的反面，毕竟它们的性能差异很大。但是它们各自的优势太突出了，所以在很多情况下，需要将陶瓷和金属结合起来才能显示出各自的优势，从而诞生了一项非常重要的技术——陶瓷金属化技术。多年来，陶瓷金属化一直是一个热门话题，国内外学者对此进行了深入的研究。

特别是随着5G时代的到来，半导体芯片的功率越来越大，轻量化、高集成度的发展趋势越来越明显，散热的重要性也越来越突出，这无疑对封装散热材料提出了更严格的要求。在电力电子元件的封装结构中，封装基板作为承上启下、保持内外电路导通的关键环节，具有散热和机械支撑的功能。陶瓷作为一种新型的电子散热封装材料，具有与芯片匹配的高导热、绝缘、耐热、强度和热膨胀系数，是电力电子元器件的理想封装材料。

陶瓷在电路中使用时，必须先金属化，即在陶瓷表面涂上一层与陶瓷结合牢固、不易熔化的金属薄膜，使其导电，然后通过焊接技术与金属引线或其他金属导电层连接成一体。

金属化是陶瓷-金属封接工艺中的一步，影响最终的封接效果。

一：陶瓷与金属焊接的难点

1、陶瓷的线膨胀系数较小，而金属的线膨胀系数相对较大，导致接头开裂。一般要处理好金属夹层的热应力。

2、陶瓷导热系数低，抗热震性弱。焊接时，尽量减小焊接位置及其周围的温度梯度，控制焊后冷却速度。

3、大多数陶瓷的导电性很差，甚至没有导电性，因此很难使用电焊。因为陶瓷材料具有稳定的电子配位，不可能将金属和陶瓷连接起来。需要陶瓷金属化或活性焊料钎焊。

4、由于陶瓷材料多为共价晶体，不易变形，经常发生脆性断裂。目前，中间层多用于降低焊接温度，焊接采用间接扩散法。

5、陶瓷-金属焊接的结构设计不同于普通焊接，通常分为平密封结构、套筒密封结构、针密封结构和相对密封结构，其中套筒密封结构这些接头结构制造要求高。

二：陶瓷金属化处理

陶瓷金属化的机理是复杂的，涉及到几种化学和物理反应、物质的塑性流动、粒子重排等。金属化层中的氧化物、非金属氧化物等各种物质在不同的烧结阶段经历不同的化学反应和扩散迁移。随着温度的升高，所有物质反应生成中间化合物，达到共同熔点时，形成液相。液态玻璃具有一定的粘度，同时产生塑性流动。之后粒子在毛细作用下重新排列，原子或分子在表面能的驱动下扩散迁移。晶粒长大，孔隙逐渐缩小消失，从而实现金属化层的致密化。

三：陶瓷金属化工艺

陶瓷金属化的工艺流程包括：

第一步：基体预处理。采用金刚石研磨膏将无压烧结的陶瓷抛至光学平滑，保证表面粗糙度≤1.6µm，将基材放入酒精中，超声波常温清洗20min。

第二步：金属化浆料配制。按照金属化配方称量原料，球磨一定时间后制成一定粘度的金属化浆料。

第三步：涂料、烘干。利用丝网印刷技术在陶瓷基体上涂上浆料，浆料厚度要适宜，太薄焊料易流入金属化层，太厚不利于组分迁移，然后将上浆后的基体在烘箱中干燥。

第四步：热处理。将烘干后的基体放入还原性气氛中烧结形成金属化层。