激光技術在3C電子領域中扮演的角色越來越重要，涉及切割、焊接、打孔等多種工藝。隨著電子產品向精細化、智能化逐步發展，更多材料應用其中。充分了解電子產品使用的各種材料的特性，將有利於針對其特性採用更加適合的激光加工工藝技術和流程。
進入21世紀，隨著計算機及互聯網、移動通信、平板顯示、太陽能光伏和節能照明等電子信息產業的迅速普及，電子電器產品持續向數字化、小型化、柔性化、多功能化、高可靠性、低能耗等方向發展，使用陶瓷電路板的電子封裝技術進入了超高速發展時期。
陶瓷電路板介紹
陶瓷電路板 是一種”利用導熱陶瓷粉末和有機粘合劑，在低於250℃條件下製備了導熱係數為9-20W/m.k的導熱有機陶瓷線路板。
為什麼要用陶瓷電路板？
陶瓷電路板其實是以電子陶瓷為基礎材料製成的，可以做各種形狀。其中，陶瓷電路板的耐高溫、電絕緣性能高的特點最為突出，在介電常數和介質損耗低、熱導率大、化學穩定性好、與元件的熱膨脹係數相近等優點也十分顯著，而陶瓷電路板的製作會用用到LAM技術，即激光快速活化金屬化技術。應用於LED領域，大功率電力半導體模塊，半導體致冷器，電子加熱器，功率控制電路，功率混合電路，智能功率組件，高頻開關電源，固態繼電器，汽車電子，通訊，航天航空及軍用電子組件。
常見的陶瓷金屬化技術包括：薄膜法、厚膜法、直接敷銅法和激光活化金屬化等方法。
1、薄膜法
薄膜法作為一種晶片級製造技術，是微電子製造中金屬薄膜沉積的主要方法。圖1顯示了薄膜技術製備陶瓷電路板的工藝流程，圖2為眾城三維採用薄膜技術製備的氮化鋁封裝基板。
圖1 薄膜技術工藝流程
圖2 薄膜技術製備的LED模板
薄膜工藝存在許多問題，在製作雙面電路板時，沉積的種子層難以進入微孔，出現孔壁無Cu的現象。另外薄膜技術的製造設備昂貴，需要高真空條件，生產效率較低。
2、厚膜法
厚膜法是在基板上通過絲網印刷技術、微筆直寫技術和噴墨打印技術等微流動直寫技術在基板上直接沉積導電漿料，經高溫燒結形成導電線路和電極的方法，該方法適用於大部分陶瓷基板。圖3為厚膜技術製作陶瓷電路板的工藝流程。
圖3 厚膜技術工藝流程
圖4 厚膜技術製備的COB封裝基板
厚膜法中以絲網印刷技術應用最為廣泛，該技術優點是工藝簡單，但缺點也很明顯：不適合小批量、精細電路板的生產；且容易發生通道堵塞。厚膜法成形的導電線路電學性能較差，僅能用於對功率和尺寸要求較低的電子器件中。
3、直接敷銅法
直接敷銅技術主要是根據Al2O3陶瓷基板發展起來的陶瓷表面金屬化技術，後來又應用於AlN陶瓷，已廣泛應用於汽車、電力、航空、航天及軍工等領域。圖5顯示了DBC技術製備電路板的工藝流程。
圖5 DBC技術工藝流程
純銅在熔融狀態下對Al2O3陶瓷不潤溼，需要在反應界面引入氧元素，高溫下產生的Cu-Cu2O共晶液對 Al2O3有良好的潤溼性，通過生成的CuAlO2作為過渡層，可以將銅箔直接敷接在Al2O3陶瓷基板上。
直接敷銅技術主要的缺點是銅箔厚度較大，後續通過化學蝕刻過程很難得到高精度導線，而且界面氧元素難以控制，銅箔與陶瓷之間容易出現氣孔，導致最終器件性能不穩定，還有待於進一步的基礎技術研究。另外，受限於技術原理，銅箔敷接的方式無法實現通孔金屬化。
4、激光活化金屬化法
基於以上陶瓷金屬化技術的侷限性，目前有新的自主研發了激光活化金屬化技術，適用於各類陶瓷材料表面導電線路的直接製備，不受限於試樣尺寸、形狀和材料的成分特性。
激光活化金屬化技術是一種兩步法工藝，原理示意圖如圖6。具體方法是將上述的激光直寫工藝和傳統的化學鍍工藝結合到一起，以便進一步提升成形效率、降低生產成本。將激光直寫工藝與化學鍍工藝相結合，可以直接在非金屬基板表面成形導電線路。首先，由激光直寫技術誘導金屬化合物分解沉積於基板表面，“植入”基板表面的金屬顆粒，形成隨後化學鍍的“催化”中心。事實上，這一步驟不僅植入了“催化”中心，同時還實現了電路板的圖形化。其次，化學鍍工藝不需外加電流，利用化學鍍液中的金屬鹽和還原劑在具有催化活性的基體材料表面進行氧化還原反應，產生金屬沉積。化學鍍技術設備簡單，對環境汙染小以及成本較低，因而已經成為製造集成電路及微型器件的一種主要工藝。由於只有激光活化區域具有催化活性，因此激光活化金屬化技術可以在陶瓷板表面形成高精度、高純度金屬圖形。
圖6 激光活化金屬化技術原理示意圖
圖7LAM技術製備的陶瓷管件
陶瓷電路板產業已發展多年，對於全球來講，早已不是新興產業，但在國內，其應用尚處於起步階段。由於激光直寫技術的柔性特點，基於激光直寫活化工藝和化學鍍銅沉積工藝的集成製造技術未來有望取代現有主流陶瓷金屬化製造技術中的薄膜工藝、厚膜工藝或者直接敷銅工藝等，逐步成為陶瓷電路板製造的主流工藝。
來源：眾成三維電子
激光製造網整理
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