一种氮化铝陶瓷表面金属化方法技术

本发明专利技术属于磁控溅射技术领域，公开了一种氮化铝陶瓷表面金属化方法，该方法包括如下步骤：先对氮化铝陶瓷基板进行清洗，然后对清洗后的氮化铝陶瓷基板进行热处理，利用ALD技术在氮化铝陶瓷基板上沉积AlN籽晶层，再利用磁控溅射技术在AlN籽晶层上依次沉积金属过渡层和金属层，最后对沉积的金属层进行退火处理。该方法通过结合清洗、热处理、ALD技术、磁控溅射和退火等多个步骤，实现了对氮化铝陶瓷表面的金属化处理；解决了传统的直接利用磁控溅射在氮化铝陶瓷基底上沉积金属层过程中，金属层和陶瓷基底之间有空隙、结合力弱、膜层不致密的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化铝陶瓷表面金属化方法


[0001]本专利技术涉及磁控溅射
，具体涉及氮化铝陶瓷表面金属化方法。

技术介绍

[0002]氮化铝陶瓷具有优良的导热和电性能，同时具有与硅匹配的膨胀系数，因此被广泛认为是理想的集成电子封装材料。近年来，关于氮化铝陶瓷的金属化技术的研究报道逐渐增多，其中主要集中在氮化铝陶瓷表面的覆铜金属化技术。目前常见的氮化铝覆铜技术主要采用磁控溅射的方法，通过在氮化铝陶瓷表面直接沉积金属过渡层，如钛（Ti）、银（Ag）、钨（W）、钼（Mo）等金属化层，然后再沉积铜层。
[0003]由于氮化铝陶瓷表面往往含有非晶态的玻璃相，这会导致陶瓷表面与金属层之间的结合性能减弱。同时，氮化铝陶瓷表面的非晶态玻璃相在微观上呈现出凹凸不平的特点。如果直接使用磁控溅射等技术在其表面沉积金属过渡层及金属层，很难确保金属层能够完全平整地覆盖陶瓷表面，可能会在陶瓷基底与金属层之间留下空隙，进而导致金属层与陶瓷基底之间的结合性能减弱。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本申请提供一种氮化铝陶瓷表面金属化方法，并采用如下技术方案：一种氮化铝陶瓷表面金属化方法，其包括如下步骤：S1.对氮化铝陶瓷基板进行清洗；S2.对清洗后的氮化铝陶瓷基板进行热处理；S3.利用ALD技术在氮化铝陶瓷基板上沉积AlN籽晶层；S4.利用磁控溅射技术在AlN籽晶层上依次沉积金属过渡层和金属层；S5.对沉积的金属层进行退火处理。
[0005]上述步骤S1对氮化铝陶瓷基板进行清洗：这一步骤是为了去除氮化铝陶瓷基板表面的杂质和污染物，确保基板表面干净，从而为后续的金属化工艺提供良好的基础。
[0006]步骤S2对清洗后的基板进行热处理旨在去除氮化铝陶瓷基板表面的残留污染物，并使其表面变得更加平整和均匀，以提升与后续制备的AlN籽晶层之间的结合性能。氮化铝陶瓷基板通常是通过研磨加工工艺来制备的；在研磨过程中，磨料与氮化铝陶瓷基板之间的磨削作用会导致基板表层产生压应力；这种压应力很容易超过材料的屈服强度，从而导致材料内部产生残余应力。热处理初期，随着温度的升高，材料表面的晶体结构中出现柱状晶粒和玻璃相的流动；这使得变质层最外层的晶体和磨削缺陷逐渐消失；然而，材料内层的温度略低于外层，晶粒生长速度较慢，各种晶体缺陷仍然存在于氮化铝陶瓷基板材料内部，导致内层的压应力未完全释放。随着热处理时间的延长，氮化铝陶瓷基板表面的等轴状晶粒开始转变为柱状晶粒，从而逐渐释放磨削热应力。随着时间的进一步延长，残留在内层的应力随着晶体缺陷的修复而逐渐释放。通过热处理后有效去除了氮化铝陶瓷基板表层的残
余应力，这有利于提高氮化铝陶瓷基板与后续制备的AlN籽晶层的结合性能。
[0007]步骤S3利用ALD技术在氮化铝陶瓷基板上沉积AlN籽晶层：ALD（Atomic Layer Deposition，原子层沉积）技术是一种薄膜沉积技术，通过逐层反应沉积材料。ALD技术作为沉积方法，在原氮化铝陶瓷基板表面形成一层新的纯相氮化铝籽晶层，覆盖了原氮化铝陶瓷基板表面的非晶态玻璃相，不仅增强了氮化铝陶瓷基板表面与金属层之间的润湿性，而且通过ALD技术完美地将原氮化铝陶瓷基板凹凸不平的表面填充平整，有效减少了氮化铝陶瓷基板表面与金属层之间的空隙，从而进一步增强了氮化铝陶瓷基板与金属层之间的结合性能；此外，氮化铝陶瓷基板表面更加平整也有利于保障后续磁控溅射的金属层厚度的均匀性。
[0008]S4利用磁控溅射技术在AlN籽晶层上先后沉积金属过渡层和金属层。磁控溅射技术是一种常见的薄膜沉积技术，通过离子轰击和溅射材料来实现薄膜的沉积。在这种方法中，先后使用磁控溅射技术在AlN籽晶层上沉积金属过渡层和金属层可以为氮化铝陶瓷提供表面的金属化处理，增强其导电性和连接性能。
[0009]S5对沉积的金属层进行退火处理：通过加热材料并保持一段时间。随着退火温度的增高，晶粒逐渐长大，金属畸变能降低，晶界迁移促使金属层的平均晶粒尺寸逐渐增大，金属层更加致密。杨氏模量在＜111＞方向存在最大值，{111}晶面的应变能最高，{100}晶面最低，退火会促使金属层中应变能较高的{111}晶面转换为能量较低的晶面，从而使得{111}取向的晶粒有所减少，从而使金属层中的应力降低，进而提升金属层的电导性和稳定性。
[0010]综上所述，该氮化铝陶瓷表面金属化方法通过结合清洗、热处理、ALD技术、磁控溅射和退火等多个步骤，实现了对氮化铝陶瓷表面的金属化处理。通过上述工艺实现了氮化铝陶瓷表面金属化，提高了其导电性和连接性能。
[0011]在上述技术方案的基础上至少存在以下更优的技术方案。
[0012]在步骤S1中，引入表面活性剂处理氮化铝陶瓷基板，以改善表面的润湿性和降低表面张力。这样可以更好地促进清洗剂的渗透和去除污染物，从而提高清洗效果和减少残留。
[0013]在步骤S2之前，采用微弧氮化技术对氮化铝陶瓷基板进行处理，形成氮化膜层。这一处理可以增强氮化铝陶瓷基板表面的耐磨性、耐腐蚀性和附着力，提高金属层和氮化铝陶瓷基板的结合强度。
[0014]在步骤S4之后，使用激光处理技术对沉积的金属层进行加热处理，以提高金属层的结晶性和晶界质量。这样可以进一步提高金属层的导电性和机械性能。
[0015]在步骤S5之后，对金属化处理后的氮化铝陶瓷基板进行表面涂层保护。涂层可以增加氮化铝陶瓷基板的耐磨性和耐腐蚀性，延长金属化处理的寿命。
附图说明
[0016]图1为氮化铝陶瓷表面金属化结构示意图。
[0017]图2为氮化铝陶瓷基板扫描电镜图。
[0018]图3为氮化铝陶瓷基板经热处理后的扫描电镜图。
[0019]图4为采用微弧氮化技术形成氮化膜层的扫描电镜图。
[0020]图5为氮化铝陶瓷基板上沉积AlN籽晶层的扫描电镜图。
[0021]图6为本实施例氮化铝陶瓷表面金属化后金属层表面扫描电镜图。
[0022]图7为激光处理技术对沉积的金属层处理后的金属层表面扫描电镜图。
[0023]图8为本实施例氮化铝陶瓷金属化后截面扫描电镜图。
[0024]其中：1为氮化铝陶瓷基板，2为AlN籽晶层，3为金属过渡层，4为金属层。
具体实施方式
[0025]为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请做进一步的详细描述。
实施例一
[0026]一种氮化铝陶瓷表面金属化方法，包括：S1.对氮化铝陶瓷基板进行清洗，包括超声清洗和等离子清洗；超声清洗在振动频率为80kHz的条件下，先将氮化铝陶瓷基板放入丙酮中浸润3min，再放入无水乙醇中浸润5min，将氮化铝陶瓷基板用水冲洗干净后在纯水中超声清洗8min，最后将氮化铝陶瓷基板离心甩干；等离子清洗采用气压0.5Pa～5Pa、氩气流量400sccm～500sccm、温度150℃、偏压
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800V～
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500V条件下进行等离子清洗处理20min～30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝陶瓷表面金属化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.对氮化铝陶瓷基板进行清洗；S2.对清洗后的所述氮化铝陶瓷基板进行热处理；S3.利用ALD技术在所述氮化铝陶瓷基板上沉积AlN籽晶层；S4.利用磁控溅射技术在所述AlN籽晶层上依次沉积金属过渡层和金属层；S5.对沉积的所述金属层进行退火处理。2.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷表面金属化方法，其特征在于：所述步骤S1中包括对所述氮化铝陶瓷基板进行超声清洗和等离子清洗。3.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷表面金属化方法，其特征在于：步骤S2所述热处理包括在氮气、氩气或氢气的气氛下进行，温度为1000℃～1200℃，处理时间为1h～2h。4.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷表面金属化方法，其特征在于：所述步骤S3中包括采用逐层反应沉积的方法，在氮化铝陶瓷基板上形成AlN籽晶层。5.根据权利要求4所述的氮化铝陶瓷表面金属化方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括以下步骤：S31：将氮化铝陶瓷基板放入以惰性气体为载气的反应室内，然后对反应室抽真空，真空度为100Pa～1000Pa，对反应室进行加热，温度为300℃～500℃；S32：在反应室内通入前驱体三甲基铝，在氮化铝陶瓷基板表面进行吸附；S33：停止供给所述前驱体三甲基铝后，除去所述反应室内残留的前驱体三甲基铝；S34：在反应室内通入还原性气体，与吸附在氮化铝陶瓷基板表面的前驱体三甲基铝发生反应；S35：停止供给所述还原性气体后，除去所述反应室内残留的还原性气体；S36：反复步骤S31至S35，直至在氮化铝陶瓷基板上形成预定厚度的AlN籽晶层。6.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷表面金属化方法，其特征在于：步骤S4中所述的金属过渡层配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳世旭，刘鑫，潘远志，
申请(专利权)人：苏州博志金钻科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：