本文主要講解氮化鋁陶瓷基板的金屬化如何通過化學鍍銅方式。近些年來，氮化鋁(AIN)一直是電子行業(yè)備受關(guān)注的產(chǎn)品，因為它的高導(dǎo)熱性、良好的機械強度、良好的電氣性能和接近硅的熱膨脹系數(shù)，使其成為高壓、大功率器件中陶瓷基板材料的絕佳候選者。

研究了通過化學鍍銅對氮化鋁陶瓷基板，進行金屬化的未拋光和機械拋光基板。電鍍前使用4%的NaOH水溶液作為化學蝕刻劑，以形成機械聯(lián)鎖的位置。對于未拋光的基材平均表面粗糙度為0.2μm的樣品的附著力，從1.3kg/mm增加到平均表面粗糙度為0.82pm樣品的2.3kg/mm。機械聯(lián)鎖被認為是銅未拋光AIN系統(tǒng)粘附的主要原因，Cu相對于機械拋光的氮化鋁陶瓷基板的粘合強度增加到大于7.6kg/mm的值。這使得化學鍍銅成為AIN金屬化的良好候選者。然而，導(dǎo)致機械拋光表殼粘附強度增加的機制需要進一步研究。

表面金屬化對于將電子電路應(yīng)用于陶瓷基板是必要的。一種這樣的應(yīng)用是具有多個金屬層的薄膜金屬化，例如Tipd-Au。另一種是印刷厚膜難于熔金屬鉬錳(Mo-Mn)或鎢(W)。兼容厚膜材料系統(tǒng)的有限，可用性已將基于AIN混合電路的生產(chǎn)限制在小批量應(yīng)用中。 幾種厚膜配方已成功涂覆在氮化鋁上，具有合理的附著力，例如Ag/Pd漿料、銅漿料b和用于多層氮化鋁陶瓷基板基板的鎢漿料。在金屬化材料系統(tǒng)中，銅具有其優(yōu)異的導(dǎo)電性、高抗焊料浸出性和顯著的成本節(jié)約潛力，作為導(dǎo)體材料獲得了廣泛的認可。

通過化學鍍銅對氮化鋁表面進行金屬化，這種方法已被廣泛用于塑料的金屬化。通過化學鍍對陶瓷基板表面進行金屬化，具有足夠的附著力，由于難以蝕刻陶瓷表面，因此比塑料更難。化學方法具有優(yōu)點，比如產(chǎn)能力和成本效益，在氮化鋁陶瓷基板上進行化學鍍銅的應(yīng)用將使它們更加使用和可行。

如圖1所示蝕刻時間對氮化鋁陶瓷基板表面粗糙度的典型影響，在4%的 NaOH溶液中蝕刻80分鐘后，平均表面粗糙度Ra從原始基板的0.2μm增加到0.8μm。蝕刻不同時間的襯底的SEM表面形貌如圖2所示，如圖2a所示，在原樣襯底的表面上存在明顯的空腔，并且還觀察到各種尺寸的AIN顆粒。隨著蝕刻的進行，小的AIN顆粒被選擇性地蝕刻掉，并且對于蝕刻時間較長的樣品，空腔變得更深更寬。對于蝕刻超過60分鐘的樣品，可以獲得AIN的長柱狀結(jié)構(gòu)。似乎在柱的頂部存在一個球形顆粒，如圖1和2所示2 C和d。

如圖3所示給出了作為蝕刻時間函數(shù)的Cu膜對氮化鋁的附著力，有兩種可能的附著力機制。一是化學鍵的形成，二是薄膜與底層基材之間的機械聯(lián)鎖。化學鍍銅液溫度約為25℃，對于化學鍵合來說太低了。因此，普遍認為機械聯(lián)鎖是影響化學鍍膜相對于氮化鋁的粘合強度的主要因素。如圖4所示粘附強度和平均表面粗糙度之間的密切相關(guān)性，基材表面越粗糙，可用的機械聯(lián)鎖位置就越多。因此，正如預(yù)期的那樣，附著力隨著表面粗糙度Ra的增加而增加。如圖5所示附著力測試后化學鍍Cu-AIN試樣的斷裂表面。斷裂發(fā)生在Cu-AIN界面的AIN側(cè)，表面殘留有一些細長的Cu膜，圖5還顯示了電鍍前AIN柱頂部的球形顆粒。需要進一步調(diào)查以確定這些顆粒的化學性質(zhì)。

一般情況下，貼裝電路器件的粘合強度應(yīng)大于2kg/mm，當基材表面粗糙度大于0.65pm時，可獲得足夠的粘合強度如圖4所示。

即使在室溫下，氮化鋁也會與氧化環(huán)境發(fā)生反應(yīng)。單晶氮化鋁在室溫下暴露在空氣中一天會形成0.5到1厚的AI2O3氧化層。AI2O3陶瓷通常很難蝕刻，為了消除AI2O3在基板表面形成的可能影響，一些AIN基板在蝕刻前用0.05μm AI2O3粉末拋光。平均表面粗糙度為-0.10μm的拋光基板比收到的基板光滑得多，如圖1和圖2所示。分別如圖6和2a所示。圖7顯示了拋光氮化鋁陶瓷基板的平均表面粗糙度與蝕刻時間的函數(shù)關(guān)系，在比較圖。從圖1和圖7可以看出，經(jīng)過不同蝕刻時間后，經(jīng)過拋光的氮化鋁表面比收到樣品的表面要光滑得多。

化學鍍銅在拋光的氮化鋁陶瓷基板上獲得了非常高的粘附強度，附著力大于附著力測試中使用的環(huán)氧樹脂的強度(即7.6kg/mm)。對于拋光的基板，斷裂發(fā)生在環(huán)氧樹脂而不是Cu-AIN界面，因此無法獲得真實附著力和表面粗糙度之間的相關(guān)性。蝕刻拋光可能會去除AI2O3層，并為后續(xù)蝕刻和電鍍提供新的、均勻的表面。然而，該機制有待進一步調(diào)查，盡管如此，在這一點上可以得出結(jié)論，蝕刻前的拋光將Cu相對于氮化鋁的粘合強度提高到大于7.6kg/mm的值，這使得無電沉積銅成為氮化鋁陶瓷基板金屬化的良好候選者。

審核編輯：湯梓紅