陶瓷材料在電子封裝中具有優(yōu)異的絕緣性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，因此被廣泛用于管殼封裝和厚膜電路基板。但裸陶瓷表面并不導(dǎo)電，也不適合作為連接、焊接、鍵合的接觸界面。這時(shí)，就需要在其表面構(gòu)建一層金屬化結(jié)構(gòu)，而鍍金層往往是最外層，也是電氣、熱學(xué)和化學(xué)性能都非常關(guān)鍵的一層。那么，陶瓷管殼與基板鍍金的目的是什么?結(jié)構(gòu)應(yīng)該怎么選?工藝流程如何安排?關(guān)鍵參數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)又有哪些?

　　一、為什么要在陶瓷上鍍金?

　　提供穩(wěn)定可焊、可鍵合的表面

　　陶瓷本身是絕緣體，必須金屬化后才能進(jìn)行引線(xiàn)鍵合、焊接或錫膏互連。鍍金層可作為金絲鍵合的終端表面，也可兼容共晶焊或回流焊。

　　提升抗腐蝕性與環(huán)境穩(wěn)定性

　　金化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫、高濕、硫化等環(huán)境中仍能保持良好的表面性能，避免基底金屬氧化、失效。

　　降低接觸電阻與提升導(dǎo)電性能

　　相比裸銅或鎳，金表面電阻更低且不易氧化，有助于信號(hào)完整性、微波低損耗和熱導(dǎo)通性能。

　　增強(qiáng)可靠性和長(zhǎng)期一致性

　　在軍工、航天、功率器件封裝中，陶瓷基體搭配鍍金能實(shí)現(xiàn)幾十年的穩(wěn)定運(yùn)行，是高可靠封裝的關(guān)鍵路徑。

　　二、陶瓷種類(lèi)與金屬化基礎(chǔ)

　　不同種類(lèi)的陶瓷，金屬化方式不同，這也決定了后續(xù)鍍金的可行性與附著路徑。

　　氧化鋁陶瓷(Al?O?)

　　最常見(jiàn)的電子陶瓷，表面光潔、硬度高，常配合鎢/鉬錳燒結(jié)工藝或直接濺射金屬化。

　　氮化鋁陶瓷(AlN)

　　導(dǎo)熱率更高但更脆，匹配膨脹系數(shù)低，常用于大功率模塊散熱基板，多采用直流濺射或金屬漿料燒結(jié)。

　　氧化鈹陶瓷(BeO)

　　熱導(dǎo)率極高，軍用器件常見(jiàn)，但有毒性，制造與鍍金需特殊工藝控制。

　　氮化硅、氧化鋯等復(fù)合陶瓷

　　新型高強(qiáng)度材料，電氣封裝中逐漸增多，多為定制化工藝體系。

　　三、金屬化與鍍金結(jié)構(gòu)常見(jiàn)組合

　　陶瓷表面無(wú)法直接鍍金，必須先進(jìn)行導(dǎo)電金屬化，然后再電鍍金層。常見(jiàn)結(jié)構(gòu)有：

　　W/Ni/Au 或 Mo-Mn/Ni/Au

　　適用于高溫共燒陶瓷，先用鎢或鉬錳燒結(jié)，燒后再化學(xué)鍍鎳、電鍍金，是軍用管殼的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，附著力強(qiáng)，耐熱性好。

　　TiW/Ni/Au 或 Cr/Ni/Au(濺射種子層)

　　用于高潔凈、高密度互連結(jié)構(gòu)，在陶瓷表面先濺射TiW或Cr做粘結(jié)層，Ni為阻擋與中介層，Au為外層。廣泛用于LTCC、陶瓷BGA、微波模塊。

　　Ag-Pd/Ni/Au(厚膜電路)

　　在陶瓷上印刷Ag或Ag-Pd導(dǎo)體，再覆蓋Ni/Au。適用于低成本厚膜線(xiàn)路板，焊接性良好。

　　Cu/Ni/Au(DPC基板)

　　直接銅貼附結(jié)構(gòu)(如金屬箔與陶瓷激光鍵合后覆銅)，再Ni/Au電鍍，適用于功率封裝、COB模塊等。

　　四、陶瓷鍍金工藝流程詳解

　　清洗去污

　　去除表面有機(jī)物、氧化物或拋光殘留物，使用堿洗、超聲清洗或等離子清洗。

　　微蝕/活化

　　對(duì)鎳或銅層進(jìn)行輕微蝕刻，去除表面氧化膜，提升金層附著力。控制時(shí)間避免過(guò)蝕。

　　預(yù)鍍/置換金(可選)

　　在部分工藝中，會(huì)采用微量置換金作為“閃鍍”，形成初始附著，提升后續(xù)鍍層連續(xù)性。

　　電鍍金(主要工藝)

　　可選軟金或硬金工藝：

　　軟金(純Au)：適用于金絲鍵合、接觸電阻小;

　　硬金(合金Au)：加入Ni或Co等元素，提升耐磨性能，適合接觸或插拔端子。

　　漂洗與干燥

　　多段純水漂洗，避免殘留離子;選用熱風(fēng)或真空干燥，避免水漬與污染。

　　后處理/熱穩(wěn)定(可選)

　　部分場(chǎng)景會(huì)進(jìn)行低溫烘烤(如150℃以下)，以去除吸附水或輕微應(yīng)力釋放。

　　五、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)控制點(diǎn)

　　鍍金厚度

　　通?？刂圃?.8~2 μm;太薄影響可焊/抗蝕性，太厚則增加成本和內(nèi)應(yīng)力。

　　對(duì)鍵合、微波應(yīng)用，建議≥1 μm軟金;接觸滑動(dòng)用硬金2~3 μm。

　　鍍層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

　　鎳層≥5 μm可形成有效擴(kuò)散阻擋。

　　金層需致密、無(wú)孔、不起泡，表面粗糙度受控。

　　附著力測(cè)試

　　常用劃格法、剝離試驗(yàn)、鍵合拉力試驗(yàn)等，確保金層在焊接或熱沖擊后無(wú)脫層。

　　界面清潔度

　　避免硫化、氯化殘留，選用高純清洗液，封裝過(guò)程應(yīng)無(wú)硫材料接觸(如硫膠、紙板)。

　　焊接/鍵合性能驗(yàn)證

　　實(shí)際測(cè)試錫潤(rùn)濕性、金絲拉球拉力等，確保鍍金不僅“金色好看”，還真正“能用、好焊、牢靠”。

　　六、常見(jiàn)應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)示例

　　陶瓷管殼(功率器件/軍品)

　　結(jié)構(gòu)：Al?O? + Mo?Mn + Ni(7–10 μm)+ Au(1–2 μm)

　　特性：高溫穩(wěn)定、氣密性好、適用于焊接封裝。

　　陶瓷基板(功率模塊)

　　結(jié)構(gòu)：AlN + Cu + Ni(8 μm)+ Au(1.5 μm)

　　特性：導(dǎo)熱性高、表面金層鍵合穩(wěn)定，適合銀燒結(jié)或鍵合互連。

　　LTCC封裝載板

　　結(jié)構(gòu)：LTCC + TiW(0.1 μm)+ Ni(5 μm)+ Au(1 μm)

　　特性：適用于倒裝芯片、金絲鍵合、低熱應(yīng)力封裝。

　　厚膜陶瓷電路板

　　結(jié)構(gòu)：Al?O? + Ag?Pd導(dǎo)體 + Ni(3 μm)+ Au(0.8~1.5 μm)

　　特性：低成本方案，適用于低頻信號(hào)、電源模塊、LED驅(qū)動(dòng)。

　　七、常見(jiàn)問(wèn)題與應(yīng)對(duì)建議

　　金層起泡、脫層

　　多由前處理不凈、活化不足或基底污染引起。解決辦法：優(yōu)化清洗→活化→預(yù)鍍連貫性，特別注意鎳氧化膜問(wèn)題。

　　焊接性差、潤(rùn)濕角大

　　可能因金層過(guò)薄、下層Ni或Cu遷移，或金層已污染。建議控制金厚、確保封存環(huán)境無(wú)硫、驗(yàn)證助焊劑兼容性。

　　鍵合拉力不達(dá)標(biāo)

　　軟金不足、鍍層污染、界面夾雜物等都是因素。建議做等離子清洗或氮?dú)獗嵈娣牛苊忾L(zhǎng)期暴露空氣。

　　金層變色、發(fā)黑

　　通常為硫化或空氣中雜質(zhì)沉積，包裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程需避免含硫紙箱、橡膠、低質(zhì)泡棉等接觸。

　　八、成本控制與批量質(zhì)量管控建議

　　成本主要構(gòu)成：金耗(厚度 × 面積)、電鍍周期、表面處理次數(shù)、良率;軟金成本更高但易加工，硬金則需額外添加劑與控制窗口。

　　提高良率的方法：優(yōu)化前處理一致性、制定鍍金窗口參數(shù)、批次數(shù)據(jù)記錄和趨勢(shì)監(jiān)控、加強(qiáng)潔凈環(huán)境控制。

　　檢驗(yàn)策略：制定金厚度測(cè)試頻次(如XRF檢測(cè))、附著力抽檢計(jì)劃、表面缺陷標(biāo)準(zhǔn)圖冊(cè)、鍵合/焊接工藝驗(yàn)證樣件抽樣。