為什么說(shuō)”5G時(shí)代，是陶瓷時(shí)代”？

5G通信技術(shù)已成為世界各國(guó)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，不管是在關(guān)鍵元器件、上游材料制備還是在網(wǎng)絡(luò)部署等方面都開(kāi)始積極布局，搶先發(fā)展先機(jī)。而隨著5G時(shí)代的到來(lái)，半導(dǎo)體芯片功率不斷增加，輕型化和高集成度的發(fā)展趨勢(shì)日益明顯，散熱問(wèn)題的重要性也越來(lái)越突出，這無(wú)疑對(duì)封裝散熱材料提出了更為嚴(yán)苛的要求。

陶瓷作為新興的電子材料，具備較高的導(dǎo)熱性、低介電損耗、絕緣性、耐熱性、強(qiáng)度以及與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)，是功率型電子元器件理想的封裝散熱材料，成為國(guó)內(nèi)外企業(yè)進(jìn)軍5G時(shí)代的重要選擇。

金屬化助力陶瓷突破應(yīng)用難題

陶瓷材料（包括鹽類陶瓷、碳化硅等）在應(yīng)用場(chǎng)景中，經(jīng)常需要進(jìn)行焊接、刻蝕線路或者實(shí)現(xiàn)屏蔽等等，但是陶瓷材料與金屬焊接往往存在諸多難點(diǎn)：

1.大多數(shù)陶瓷類材料與金屬層的結(jié)合難度較大，且熱膨脹系數(shù)差異較大，極易導(dǎo)致分離、起泡、產(chǎn)生裂紋等問(wèn)題。

2.氮化鋁、碳化硅、金剛石等高熱導(dǎo)材料，當(dāng)下在發(fā)熱器件與冷卻單元之間最佳連接方式是焊接，如金錫焊接；焊接溫度較高，在高低溫沖擊下，不同熱膨脹系數(shù)的材料界面極易產(chǎn)生分離，造成失效及熱傳遞失效；

3.大部分陶瓷導(dǎo)電性差，甚至不導(dǎo)電，很難用電焊的方法。

4.由于陶瓷材料多為共價(jià)晶體，不易產(chǎn)生變形，經(jīng)常發(fā)生脆性斷裂。目前大多利用中間層降低焊接溫度，間接擴(kuò)散法進(jìn)行焊接。

5.陶瓷與金屬焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與普通焊接有所區(qū)別，通常分為平封結(jié)構(gòu)、套封結(jié)構(gòu)、針?lè)饨Y(jié)構(gòu)和對(duì)封結(jié)構(gòu)，其中套封結(jié)構(gòu)效果最好，這些接頭結(jié)構(gòu)制作要求都很高。

因此需要對(duì)陶瓷材料進(jìn)行金屬化，即在陶瓷表面敷一層與陶瓷粘結(jié)牢固而又不易被熔化的金屬薄膜，使其導(dǎo)電，隨后用焊接工藝與金屬引線或其他金屬導(dǎo)電層相連接而成為一體。

如何對(duì)高熱導(dǎo)率陶瓷材料進(jìn)行強(qiáng)結(jié)合金屬化，應(yīng)對(duì)高溫焊接及應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期使用過(guò)程中高低溫振蕩，成為亟待深入研究的熱門(mén)話題。

目前常用金屬化方式有厚膜金屬化、薄膜金屬化、直接敷銅法金屬化、共燒法金屬化(HTCC/LTCC)、化學(xué)鍍金屬化等；

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厚膜金屬化

厚膜法是在基板上通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)、微筆直寫(xiě)技術(shù)和噴墨打印技術(shù)等微流動(dòng)直寫(xiě)技術(shù)在基板上直接沉積導(dǎo)電漿料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成導(dǎo)電線路和電極的方法，該方法適用于大部分陶瓷基板。

厚膜導(dǎo)電漿料一般由尺寸微米甚至納米級(jí)的金屬粉末和少量玻璃粘結(jié)劑再加上有機(jī)溶劑組成。在高溫下漿料中的玻璃粘結(jié)劑與基板相結(jié)合，使導(dǎo)電相粘附在基板表面，形成導(dǎo)電線路。

厚膜法工藝簡(jiǎn)單，但受限于導(dǎo)電漿料和絲網(wǎng)尺寸，制備的導(dǎo)線最小線寬難以低于60μm，并且無(wú)法制作三維圖形，因此不適合小批量、精細(xì)基板的生產(chǎn)。并且，采用厚膜法成形的導(dǎo)電線路電學(xué)性能較差，因此采用厚膜法的陶瓷基板僅能用于對(duì)功率和尺寸要求較低的電子器件中。

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薄膜金屬化

薄膜金屬化法采用濺射鍍膜等真空鍍膜法使膜材料和基板結(jié)合在一起，通常在多層結(jié)構(gòu)基板中，基板內(nèi)部金屬和表層金屬不盡相同，陶瓷基板相接觸的薄膜金屬應(yīng)該具有反應(yīng)性好、與基板結(jié)合力強(qiáng)的特性，表面金屬層多選擇電導(dǎo)率高、不易氧化的金屬。

由于是氣相沉積，原則上任何金屬都可以成膜，任何基板都可以金屬化，而且沉積的金屬層均勻，結(jié)合強(qiáng)度高。但薄膜金屬化需要后續(xù)圖形化工藝實(shí)現(xiàn)金屬引線的圖形制備，成本較高。

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直接敷銅法(Directbondedcopper，DBC)

DBC是在陶瓷表面(主要是Al2O3和AlN)鍵合銅箔的一種金屬化方法，它是隨著板上芯片(COB)封裝技術(shù)的興起而發(fā)展出來(lái)的一種新型工藝。其基本原理是在Cu與陶瓷之間引進(jìn)氧元素，然后在1065～1083℃時(shí)形成Cu/O共晶液相，進(jìn)而與陶瓷基體及銅箔發(fā)生反應(yīng)生成CuAlO2或Cu(AlO2)2，并在中間相的作用下實(shí)現(xiàn)銅箔與基體的鍵合。

直接覆銅法利用高溫熔融擴(kuò)散工藝將陶瓷基板與高純無(wú)氧銅覆接到一起，所形成的金屬層具有導(dǎo)熱性好、附著強(qiáng)度高、機(jī)械性能優(yōu)良、便于刻蝕、絕緣性及熱循環(huán)能力高的優(yōu)點(diǎn)。

DBC技術(shù)主要的缺點(diǎn)是銅箔厚度較大，后續(xù)通過(guò)化學(xué)蝕刻過(guò)程很難得到高精度導(dǎo)線，而且界面氧元素難以控制，銅箔與陶瓷之間容易出現(xiàn)氣孔，導(dǎo)致最終器件性能不穩(wěn)定，還有待于進(jìn)一步的基礎(chǔ)技術(shù)研究。另外，受限于技術(shù)原理，銅箔敷接的方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)通孔金屬化。

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共燒法(HTCC/LTCC)

共燒法是很常用的一種多層陶瓷燒結(jié)工藝，內(nèi)部可以布線，表層可以金屬化。一般共燒陶瓷有兩種，一種是HTCC(高溫共燒工藝)，一種是LTCC(低溫共燒工藝)。

HTCC需要用耐高溫的金屬顆粒做導(dǎo)電漿料，比如鎢、鉬，鎢的熔點(diǎn)3400度，鉬的熔點(diǎn)2600度，都耐得住1500多度的陶瓷燒結(jié)點(diǎn)，但是這倆金屬的導(dǎo)電率不太好。而且，HTCC需要很高的燒結(jié)溫度，使用者已經(jīng)極少，基本被LTCC代替。

LTCC是里邊放入玻璃材料，讓整體燒結(jié)的溫度降低，低于900度，好處就是可以用一些以前高溫?zé)Y(jié)沒(méi)辦法使用的金屬，比如金銀銅，金的熔點(diǎn)是1064℃，銀是960℃，銅是1083℃，如果這些金屬在1500℃下做高溫?zé)Y(jié)，就熔了，無(wú)法形成金屬線。

LTCC由于采用厚膜印刷技術(shù)完成線路制作，線路表面較為粗糙，對(duì)位不精準(zhǔn)。而且，多層陶瓷疊壓燒結(jié)工藝還有收縮比例的問(wèn)題，這使得其工藝解析度受到限制，LTCC陶瓷基板的推廣應(yīng)用受到極大挑戰(zhàn)。

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化學(xué)鍍

化學(xué)鍍法是指在沒(méi)有外電流通過(guò)，利用還原劑將溶液中的金屬離子還原在呈催化活性的物體表面，使之形成金屬鍍層?；瘜W(xué)鍍法金屬化機(jī)理主要是機(jī)械聯(lián)鎖結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度很大程度上依賴于基體表面的粗糙度，在一定范圍內(nèi)，基體表面的粗糙度越大，結(jié)合強(qiáng)度越高。在AlN陶瓷表面化學(xué)鍍Ni-P合金，先將AlN基片用超聲波清洗，去除表面雜質(zhì)，置于NaOH溶液中腐蝕，再置于含鎳鹽的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍。

化學(xué)鍍優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，無(wú)需二次高溫處理，易于大規(guī)模生產(chǎn)；缺點(diǎn)是：AlN陶瓷表面與金屬層結(jié)合強(qiáng)度不高。

陶瓷金屬化新技術(shù)，開(kāi)啟5G新時(shí)代

陶瓷金屬化的方法眾多，但都各自存在一定的性能、成本及應(yīng)用的限制，如何創(chuàng)新工藝，攻克難點(diǎn)，打破瓶頸，是目前國(guó)內(nèi)外企業(yè)爭(zhēng)相布局、搶占高地的焦點(diǎn)。

戴爾蒙德科技已創(chuàng)新研發(fā)出高導(dǎo)熱陶瓷材料表面金屬化新技術(shù)——新型HE-ION高能離子沉積工藝，這種金屬化技術(shù)既具備超強(qiáng)的金屬層結(jié)合力，耐高溫焊接，且表面光潔度高，有利于精密裝配及電學(xué)性能；該工藝溫度較低，對(duì)陶瓷基材形成保護(hù)，避免應(yīng)力集聚。

戴爾蒙德新型HE-ION高能離子沉積工藝憑借其強(qiáng)結(jié)合力、高可焊性的特性，可廣泛應(yīng)用在:

1、氮化鋁、氧化等傳統(tǒng)熱沉材料以及碳化硅、金剛石等高熱導(dǎo)率材料金屬化

2、陶瓷基板金屬化

3、陶瓷天線金屬化

4、玻璃及導(dǎo)電玻璃材料金屬化

5、陶瓷濾波器金屬化(替代銀漿工藝)

陶瓷金屬化的研究一直在創(chuàng)新且從未停止，只有不斷的攻堅(jiān)研發(fā)，才能更加符合數(shù)字化、小型化、柔性化、低能耗化、多功能化、高可靠性化的未來(lái)發(fā)展方向，陶瓷金屬化技術(shù)是一種更可行的選擇，也是今后電子封裝材料可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

關(guān)于戴爾蒙德

戴爾蒙德科技位于深圳福田保稅區(qū)騰飛工業(yè)大廈（前身惠州戴爾蒙德科技有限公司，成立于2016年），旗下四家分子公司及一家新材料研究院，分布于深圳、惠州、無(wú)錫和寧波，是專業(yè)從事超硬材料和納米涂層材料研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)、科技型中小企業(yè)、重合同守信用企業(yè)。擁有一支包括金剛石領(lǐng)域?qū)＜医淌凇⒉┦?、碩士的高端研究團(tuán)隊(duì)，以及一流的研發(fā)條件，擁有專利60余項(xiàng)。

戴爾蒙德專業(yè)從事CVD納米金剛石涂層、PVD復(fù)合鍍膜、單晶金剛石、超硬刀具等超硬材料基礎(chǔ)性研究及制備工藝研究。目前擁有惠州CVD納米金剛石涂層產(chǎn)業(yè)化基地、刀具生產(chǎn)基地、PVD復(fù)合鍍膜中心以及深圳產(chǎn)學(xué)研基地和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，并與國(guó)內(nèi)多所知名高校進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作。

戴爾蒙德?lián)碛幸涣鞯腃VD納米金剛石涂層研發(fā)和檢測(cè)條件，以及PVD高能物理中心，針對(duì)涂層技術(shù)的多領(lǐng)域應(yīng)用展開(kāi)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

核心產(chǎn)品包括：納米金剛石涂層PCB鉆針及鑼刀、Tac潤(rùn)滑鍍膜PCB鉆針及鑼刀、KC復(fù)合耐磨涂層PCB硬板鉆針、金剛石涂層石墨刀具、涂層義齒車針、玻璃陶瓷義齒車針，以及針對(duì)復(fù)合材料、陶瓷材料、玻璃材料等表面各類涉及加硬、導(dǎo)電、屏蔽、導(dǎo)熱等功能的涂層加工。產(chǎn)業(yè)化技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全球領(lǐng)先，與多家上市公司客戶成為戰(zhàn)略合作伙伴，成為利用高端涂層技術(shù)進(jìn)行新材料及工具革新的中國(guó)力量。