解读PCB陶瓷基板的5种金属化制备工艺技术
陶瓷基板金属化方法主要有：DPC、TFC、DBC、DBA和AMB，本文，将简要介绍这些制备工艺并对其性能进行评价。
直接镀铜金属化技术（DPC）
DPC技术通过在陶瓷表面喷射种子层，随后利用电镀方式累积铜层至预定厚度。此过程首先通过物理气相沉积技术，如磁控溅射或真空蒸镀等方法，在陶瓷表面形成一层金属底层。DPC技术的优势在于其操作温度低，通常在300℃以下，有效减少了高温对材料性能的不良影响；同时限制了铜层的沉积厚度；然而，该技术的一个主要缺点是镀液可能对环境造成较大污染，并且金属层与陶瓷层之间的结合力相对较弱，这影响了基板的整体可靠性。尽管DPC技术能够实现陶瓷基板的垂直电互联，但它不适用于大功率电路，主要被应用于激光和光通信领域中的小电流器件封装。
TFC技术利用丝网印刷方法将金属浆料涂布于陶瓷基片表面，并通过干燥和高温烧结使金属层牢固地附着在陶瓷上。金属浆料通常由金属粉末、有机粘结剂和玻璃粉或金属氧化物混合而成。可供选择的金属粉末包括银（Ag）、银钯合金（Pd）、金（Au）、金铂合金（Pt）、铜（Cu）、镍（Ni）和铝（Al）等。其中，银和铜因其低电阻率和良好的电迁移抗性而受到青睐，且成本较低，非常适合工业生产，银导电浆料占据了金属市场超过80％的份额。在高温烧结过程中，有机粘结剂的作用是分散功能相和黏结相，保持浆料的适当黏度，直至烧结完成，有机物被燃烧去除，留下几乎纯金属层。玻璃粉或金属氧化物作为厚膜浆料的关键成分，它们决定了浆料与陶瓷基体的附着性，并有助于降低烧结温度，减少生产成本和基板热应力。然而，市售的玻璃粉往往含有铅，这对环境和人体健康都是有害的。采用丝网印刷技术制造的厚膜陶瓷基板，其金属布线层的烧结厚度通常在10至20微米之间。这种基板制造成本较低，操作简便，对设备和环境的要求不高，生产效率亦高。然而，由于丝网印刷的精度限制以及浆料均匀性对镀层稳定性的影响，以及附着力的控制难度，厚膜印刷陶瓷基板的应用范围受到了一定的限制。
DBC是一种用于陶瓷材料表面金属化的技术，特别是针对氧化铝（Al2O3）和氮化铝（AlN）陶瓷的键合铜处理。该技术起源于20世纪70年代，其基本原理是在铜和陶瓷表面引入一定量的氧元素，然后在1000至1100摄氏度的温度区间内，铜和氧反应生成共晶相Cu2O，这种共晶液相有助于提高铜在陶瓷表面的润湿性，从而实现两者之间的冶金结合。在DBC陶瓷基板的制作过程中，铜板的氧化时间、氧化温度以及氧分压等因素都会对键合强度产生显著影响。DBC陶瓷基板广泛应用于电力半导体模块、太阳能电池板组件以及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等封装器件中。然而，这种方法也存在一些不足，比如在高温下利用铜和氧的共晶反应要求设备与工艺具有较高的精确度，而且DBC的结合强度尚未能满足某些特定应用场景的需求。
DBA是从DBC工艺演变而来的一种陶瓷基片金属化技术。它主要依靠液态铝对陶瓷的优良润湿性来实现金属化过程。当温度升至铝的熔点（约660摄氏度）以上时，固态铝会熔化，随着温度的下降，铝便在陶瓷表面提供的晶核上结晶生长，最终在室温下实现与陶瓷的结合。DBA采用铝（Al）取代铜（Cu）作为金属层，Al2O3-DBA以及AlN-DBA基板展现出卓越的导热性能和出色的耐疲劳特性。在经历热循环试验时，它们比传统的DBA基板显示出更佳的表现，为高功率电子陶瓷基板领域带来了新的选项。然而，DBA技术对氧（O）含量的控制极为严格，对生产设备的要求也相当高，导致基板制造成本相对较高；此外，DBA工艺中铝的厚度通常需超过100微米（μm），这使得它不太适合用于精细电路的制造。
AMB是在DBA基础上进一步发展的一种工艺。AMB陶瓷基板在结构稳定性方面优于DBA陶瓷基板。其工作原理是使用丝网印刷技术，将含有少量活性元素的钎料涂敷在陶瓷基板表面，随后覆盖一层铜，并将之放入真空钎焊炉中进行烧结。高温作用下，钎焊料与陶瓷发生化学反应，从而实现冶金结合。在AMB工艺中，钎料中常用的活性元素通常选择在元素周期表过渡元素区域中，这些元素具有强烈的化学活性，并且对于氧化物和硅酸盐等物质有较大的亲和力。常用的活性钎料包括含钛（Ti）的Ag-Cu-Ti、Cu-Zn-Ti、Ti-Zr-Cu、Sn-Ag-Ti和Ni-Pd-Ti等。经过多年发展，Ag-Cu-Ti钎料已成为研究最为广泛、最为成熟的选择。几乎对所有类型的陶瓷都能发生反应，具有良好的湿润性，适用范围广泛，连接强度高，且性能稳定。AMB陶瓷基板不仅在结构稳定性上超越了DBA基板，而且其工艺流程在单次升温过程中即可完成，具有较短的生产周期，并且对不同陶瓷材料的适应性强。因此，AMB技术广泛应用于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块以及新能源汽车的功率模块等领域。
