如何为陶瓷基板选择最优金属化方案？六大核心工艺全解析

在陶瓷基板烧结成型后，表面金属化是赋予其电气连接功能的核心环节。该工艺通过在陶瓷表面构建导电图形，实现芯片与外部电路的互联。其中，金属层与陶瓷基体的结合力至关重要，它直接决定了最终封装件的性能与长期可靠性。而结合力的强弱，在很大程度上取决于金属在高温下对陶瓷表面的润湿能力。

目前，业界主流的陶瓷表面金属化技术主要包括共烧法（HTCC/LTCC）、厚膜法（TFC）、直接敷铜法（DBC）、直接敷铝法（DBA）、薄膜法（DPC）以及活性金属钎焊法（AMB）等。这些技术路径各异，特点分明，以满足不同应用场景的苛刻需求，下面由深圳金瑞欣小编来为大家讲解一下这几种技术：

1. 薄膜法（DPC）：精度至上的技术

DPC工艺首先通过物理气相沉积（如溅射、蒸镀）在陶瓷表面形成一层微米级的金属种子层，随后借助光刻与刻蚀技术精准塑造电路图形。

技术核心： 该工艺的关键在于解决铜层与陶瓷之间因热膨胀系数不匹配而导致的界面剥离风险。金属薄膜与陶瓷（如氮化铝）的结合力是可靠性的生命线，主要源于扩散附着和化学键合。因此，常选用钛、铬等活性金属作为过渡层以增强附着力，而导电层则优选铜、金等低电阻率、高稳定性的材料。

优势与挑战： DPC最大的优势在于其低温工艺（通常低于300℃），避免了高温对材料的损伤，并降低了能耗。同时，它凭借光刻技术实现了极高的图形精度（线宽可达20-30μm）和卓越的平整度，非常适于高频、光电等对线路要求苛刻的器件封装。其通孔填铜能力还支持三维集成。然而，DPC也存在电镀铜层较薄、载流能力有限，以及结合强度相对较低、环保处理成本较高等不足。

2. 厚膜法（TFC）：经久耐用的经典方案

TFC技术采用丝网印刷将特制的导电浆料涂覆于陶瓷基体，再经高温烧结形成牢固的金属化层。

技术核心： 导电浆料是厚膜技术的灵魂，由功能金属（金、银、钯、铜等）、起粘结作用的玻璃或氧化物，以及有机载体三部分组成。粘结相是确保金属层与陶瓷紧密结合的关键。

优势与挑战： TFC技术成熟，工艺流程简单，成本效益显著。其金属层厚度通常在10-20μm。但缺点是图形精度有限（最小线宽约0.1mm），且表面平整度与附着力易受浆料质量和印刷工艺影响，限制了其在高端精细器件中的应用。

3. 共烧法（HTCC/LTCC）：实现三维集成的内功

共烧法将陶瓷生坯与金属电路层层叠压后一次性烧结成型，可在基板内部集成无源元件，实现高密度三维互联。

技术核心： HTCC与LTCC工艺流程相似，但材料体系截然不同。HTCC采用氧化铝等陶瓷，烧结温度高达1600℃以上，必须使用钨、钼等高熔点但导电性较差的金属。LTCC则在陶瓷中掺入玻璃相，将烧结温度降至800-950℃，从而能使用导电性优异的金、银作为导体。

优势与挑战： 共烧基板在提高组装密度、缩短互联、减小体积方面优势巨大，是高频模块的理想载体。然而，其缺点在于丝网印刷导致的图形精度限制，以及层压对位和烧结收缩率控制带来的尺寸公差问题。

4. 直接敷铜/铝法（DBC/DBA）与活性金属钎焊（AMB）：功率封装的基石

这类技术通过在陶瓷表面直接键合厚膜铜或铝层，为大功率器件提供强大的电流承载和散热通道。

DBC：利用高温下铜-氧共晶液相对氧化铝陶瓷的润湿反应实现键合。对于氮化铝陶瓷，则需通过预氧化生成氧化铝过渡层。其核心工艺参数是氧化温度与时间。

AMB：作为DBC的升级技术，AMB使用含钛、锆等活性元素的钎料，在真空环境下实现铜箔与陶瓷的焊接。活性元素能显著改善焊料对陶瓷的润湿性，从而获得远超DBC的结合强度和抗热冲击性能。

DBA：原理类似，利用液态铝在无氧条件下对陶瓷的润湿进行键合。DBA基板质量更轻，热应力更小，与铝线键合兼容性极佳。

优势与挑战： DBC/AMB/DBA基板具有优异的热导率和绝缘性，铜/铝层厚（通常>100μm），载流能力强大，是IGBT、激光器等功率器件的首选。其中，AMB可靠性最高，但成本也最为昂贵。它们的共同短板是图形精度有限，难以制作精细线路。

总结

选择合适的陶瓷金属化技术，是一场性能、精度、成本与可靠性的综合权衡。DPC以其高精度领跑精细封装；TFC以成本优势坚守传统市场；LTCC/HTCC以内埋元件的三维结构服务于高频集成模块；而DBC、AMB和DBA则构成了功率电子封装的坚强支柱，其中AMB正以其超群的可靠性，日益成为新能源汽车等极端应用场景下的新贵，金瑞欣拥有十年pcb行业经验，四年多陶瓷电路板制作经验。为企业提供高精密单、双面陶瓷电路板，多层陶瓷电路板定制生产，若您有相关需求，欢迎与我们联系，我们将竭诚为您服务。