隨著大功率電子器件朝著小型化、高頻化方向飛速發(fā)展，直接鍍銅陶瓷基板（DPC）憑借出色的高導(dǎo)熱性能、高精度線路加工能力以及低溫制程優(yōu)勢(shì)，已成為電子封裝領(lǐng)域的核心材料。然而，金屬化層與陶瓷基體之間結(jié)合力不足的問(wèn)題，始終是制約DPC可靠性提升的關(guān)鍵瓶頸，下面由金瑞欣陶瓷基板廠家來(lái)為大家講一下：

一、影響 DPC 金屬化層結(jié)合力的核心因素分析

（一）陶瓷基片表面狀態(tài)
陶瓷基片的表面粗糙度、潔凈程度與化學(xué)活性，共同主導(dǎo)著金屬層的附著機(jī)制，對(duì)二者間的結(jié)合強(qiáng)度起著決定性作用。研究表明，將陶瓷表面粗糙度適度控制在 Ra<0.3μm 時(shí)，可通過(guò)機(jī)械嵌合效應(yīng)顯著增強(qiáng)與金屬化層的結(jié)合力。但過(guò)度粗化反而會(huì)因電鍍液殘留、氣孔等缺陷，削弱結(jié)合效果。此外，基片表面殘留的氧化物、有機(jī)物等污染物，如同無(wú)形屏障，阻礙金屬原子與陶瓷表面形成化學(xué)鍵合。而利用等離子清洗或酸洗工藝，能夠有效清除這些雜質(zhì)，為金屬層附著創(chuàng)造良好條件。以 AlN 陶瓷為例，其表面易形成氧化鋁層，影響金屬潤(rùn)濕性，通過(guò) 850℃高溫預(yù)氧化處理，生成 Al₂O₃過(guò)渡層，可有效改善這一狀況。

（二）過(guò)渡層材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
過(guò)渡層作為連接陶瓷與銅層的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響化學(xué)鍵合強(qiáng)度與熱應(yīng)力分布。Ti、Cr 等活性金屬憑借高擴(kuò)散系數(shù)和強(qiáng)氧化性，可與陶瓷基體反應(yīng)生成 TiN、Cr₂O₃等穩(wěn)定化合物，顯著提升界面結(jié)合強(qiáng)度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用 Ti/Cu、Cr/Ni/Cu 等多層梯度過(guò)渡結(jié)構(gòu)，能夠有效緩解陶瓷與金屬因熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的應(yīng)力集中問(wèn)題。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用 Ti/Cu 雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使結(jié)合力提升至 15N/mm2 以上，充分體現(xiàn)了合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在增強(qiáng)結(jié)合力方面的顯著成效。

（三）金屬沉積工藝參數(shù)
PVD 與電鍍工藝的協(xié)同控制是優(yōu)化結(jié)合力的關(guān)鍵所在。在 PVD 濺射過(guò)程中，濺射功率（>5kW）、基板溫度（200-300℃）和真空度（<5×10^-3Pa）等參數(shù)，共同決定金屬薄膜的致密度和結(jié)晶取向。雖然提高濺射功率可加快沉積速度，但也會(huì)導(dǎo)致膜層內(nèi)應(yīng)力增加，對(duì)結(jié)合力產(chǎn)生負(fù)面影響。在電鍍填孔環(huán)節(jié)，采用占空比 30%-50%、頻率 1kHz 的脈沖電鍍參數(shù)，可將通孔填充率提升至 95% 以上，有效減少孔內(nèi)空洞缺陷，保障金屬化層的高質(zhì)量成型。

（四）陶瓷與金屬材料的熱膨脹系數(shù)失配
AlN（4.5×10^-3/℃）、Al₂O₃（6.8×10^-6/℃）等陶瓷材料與銅（17×10^-6/℃）的熱膨脹系數(shù)存在顯著差異，在熱循環(huán)條件下極易引發(fā)金屬化層與陶瓷基體的界面剝離問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度變化超過(guò) 150℃時(shí)，AlN 基 DPC 陶瓷基板界面所受剪切應(yīng)力可達(dá) 200MPa，遠(yuǎn)超多數(shù)過(guò)渡層的抗拉強(qiáng)度極限，嚴(yán)重制約 DPC 的可靠性提升。

二、提升結(jié)合力的關(guān)鍵技術(shù)方案

（一）表面預(yù)處理工藝優(yōu)化

激光微結(jié)構(gòu)加工：利用飛秒激光技術(shù)在陶瓷表面制備直徑 10-20μm、深度 5μm 的微坑陣列，通過(guò)機(jī)械鎖合效應(yīng)，可使結(jié)合力提升 30%，為增強(qiáng)金屬化層與陶瓷基體的結(jié)合開(kāi)辟了新途徑。

化學(xué)活化處理：采用 HF-NaOH 混合溶液蝕刻 AlN 表面，暴露更多 Al 活性位點(diǎn)，促進(jìn) Ti/Al 界面反應(yīng)，生成 Al₃Ti 金屬間化合物，從微觀層面強(qiáng)化金屬層與陶瓷基體的化學(xué)鍵合強(qiáng)度。

（二）界面過(guò)渡層創(chuàng)新設(shè)計(jì)

納米復(fù)合過(guò)渡層：在 Ti 層中摻雜 50nm 粒徑的納米 Al₂O₂顆粒，不僅能降低陶瓷與金屬的熱膨脹系數(shù)差異，還可通過(guò)釘扎效應(yīng)抑制裂紋擴(kuò)展，從宏觀和微觀層面提升界面穩(wěn)定性和結(jié)合力。

非晶態(tài)金屬層：運(yùn)用磁控濺射技術(shù)制備 100nm 厚的非晶 Cr 層，其無(wú)晶界結(jié)構(gòu)可均勻分散應(yīng)力，使界面結(jié)合力提升至 20N/mm2，展現(xiàn)出非晶態(tài)材料在提升 DPC 結(jié)合力方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

（三）鍍膜與電鍍工藝協(xié)同調(diào)控

低溫高能濺射技術(shù)：引入離子輔助沉積（IAD）技術(shù)，在 150℃以下低溫環(huán)境制備高密度 Ti 膜，既能減少熱應(yīng)力對(duì)陶瓷基板的損傷，又可優(yōu)化結(jié)合力，為 DPC 高質(zhì)量生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

梯度電鍍工藝：通過(guò)分段控制電流密度（0.5-3A/dm2），使銅層表層形成納米晶（<50nm）結(jié)構(gòu)，顯著提升銅層抗疲勞性能，確保在熱循環(huán)等復(fù)雜工況下，金屬化層與陶瓷基體保持緊密結(jié)合。

（四）后處理工藝強(qiáng)化

退火處理：在 H2/N2混合氣氛中，400℃下進(jìn)行 2 小時(shí)退火處理，促進(jìn) Cu/Ti 界面擴(kuò)散形成連續(xù)固溶體結(jié)構(gòu)，使結(jié)合力提升 25%，進(jìn)一步鞏固金屬化層與陶瓷基體的結(jié)合強(qiáng)度。

表面合金化：在銅層表面電鍍 2μm 厚的 Ni-P 合金，其較低的熱膨脹系數(shù)（13×10^-6/℃）可有效緩沖熱應(yīng)力，為金屬化層與陶瓷基體的結(jié)合提供額外保護(hù)，提升 DPC 的可靠性和穩(wěn)定性。

10多年來(lái)，金瑞欣一直專注于陶瓷電路板的研發(fā)生產(chǎn)，有豐富的陶瓷電路板制造經(jīng)驗(yàn)。精通DPC、AMB、DBC、LTCC、HTCC制作工藝;擁有先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，以快速的交期和穩(wěn)定的品質(zhì)滿足客戶的研發(fā)進(jìn)程和生產(chǎn)需要，品質(zhì)優(yōu)先，占領(lǐng)市場(chǎng)先機(jī)。陶瓷板交期打樣7~10天，批量10~15天，具體交期要看陶瓷電路板圖紙、加工要求及其難度，快速為您定制交期，以“品質(zhì)零缺陷”為宗旨，提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。