陶瓷，通常被稱為無機非金屬材料，可以看出人們直接將陶瓷定位在金屬的反面，畢竟它們的性能差異很大。但是它們各自的優(yōu)勢太突出了，所以在很多情況下，需要將陶瓷和金屬結合起來才能顯示出各自的優(yōu)勢，從而誕生了一項非常重要的技術——陶瓷金屬化技術。多年來，陶瓷金屬化一直是一個熱門話題，國內(nèi)外學者對此進行了深入的研究。

特別是隨著5G時代的到來，半導體芯片的功率越來越大，輕量化、高集成度的發(fā)展趨勢越來越明顯，散熱的重要性也越來越突出，這無疑對封裝散熱材料提出了更嚴格的要求。在電力電子元件的封裝結構中，封裝基板作為承上啟下、保持內(nèi)外電路導通的關鍵環(huán)節(jié)，具有散熱和機械支撐的功能。陶瓷作為一種新型的電子散熱封裝材料，具有與芯片匹配的高導熱、絕緣、耐熱、強度和熱膨脹系數(shù)，是電力電子元器件的理想封裝材料。

陶瓷在電路中使用時，必須先金屬化，即在陶瓷表面涂上一層與陶瓷結合牢固、不易熔化的金屬薄膜，使其導電，然后通過焊接技術與金屬引線或其他金屬導電層連接成一體。

金屬化是陶瓷-金屬封接工藝中的一步，影響最終的封接效果。

一：陶瓷與金屬焊接的難點

1、陶瓷的線膨脹系數(shù)較小，而金屬的線膨脹系數(shù)相對較大，導致接頭開裂。一般要處理好金屬夾層的熱應力。

2、陶瓷導熱系數(shù)低，抗熱震性弱。焊接時，盡量減小焊接位置及其周圍的溫度梯度，控制焊后冷卻速度。

3、大多數(shù)陶瓷的導電性很差，甚至沒有導電性，因此很難使用電焊。因為陶瓷材料具有穩(wěn)定的電子配位，不可能將金屬和陶瓷連接起來。需要陶瓷金屬化或活性焊料釬焊。

4、由于陶瓷材料多為共價晶體，不易變形，經(jīng)常發(fā)生脆性斷裂。目前，中間層多用于降低焊接溫度，焊接采用間接擴散法。

5、陶瓷-金屬焊接的結構設計不同于普通焊接，通常分為平密封結構、套筒密封結構、針密封結構和相對密封結構，其中套筒密封結構這些接頭結構制造要求高。

二：陶瓷金屬化處理

陶瓷金屬化的機理是復雜的，涉及到幾種化學和物理反應、物質(zhì)的塑性流動、粒子重排等。金屬化層中的氧化物、非金屬氧化物等各種物質(zhì)在不同的燒結階段經(jīng)歷不同的化學反應和擴散遷移。隨著溫度的升高，所有物質(zhì)反應生成中間化合物，達到共同熔點時，形成液相。液態(tài)玻璃具有一定的粘度，同時產(chǎn)生塑性流動。之后粒子在毛細作用下重新排列，原子或分子在表面能的驅(qū)動下擴散遷移。晶粒長大，孔隙逐漸縮小消失，從而實現(xiàn)金屬化層的致密化。

三：陶瓷金屬化工藝

陶瓷金屬化的工藝流程包括：

第一步：基體預處理。采用金剛石研磨膏將無壓燒結的陶瓷拋至光學平滑，保證表面粗糙度≤1.6µm，將基材放入酒精中，超聲波常溫清洗20min。

第二步：金屬化漿料配制。按照金屬化配方稱量原料，球磨一定時間后制成一定粘度的金屬化漿料。

第三步：涂料、烘干。利用絲網(wǎng)印刷技術在陶瓷基體上涂上漿料，漿料厚度要適宜，太薄焊料易流入金屬化層，太厚不利于組分遷移，然后將上漿后的基體在烘箱中干燥。

第四步：熱處理。將烘干后的基體放入還原性氣氛中燒結形成金屬化層。