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ceramic metalization

电子陶瓷金属化解决方案

  • 目标:在陶瓷(如Al₂O₃, AlN, LTCC)基板上,特别是通孔侧壁,沉积一层致密、连续、附着力佳、电阻率低的金属种子层,为后续的电镀加厚提供基础。

  • 关键挑战

    1. 高深宽比覆盖性:通孔深且窄,要求PVD工艺具有优异的阶梯覆盖能力。

    2. 附着力:陶瓷与金属是异质材料,结合困难。

    3. 膜层连续性:防止在孔内出现空洞或裂缝,确保电镀导通。

    4. 热匹配与应力:金属与陶瓷热膨胀系数差异大,膜层内应力控制至关重要。

对于TCV金属化,磁控溅射 是几乎唯一可行的PVD工艺,因为它能提供最佳的附着力和膜层质量。

  • 为何选择磁控溅射?

    • 高能粒子轰击:溅射粒子能量高,有助于在陶瓷表面形成强结合力。

    • 膜层致密:膜层密度高,无柱状结构,导电性和阻隔性好。

    • 工艺灵活:可溅射多种金属(Ti, Cr, Cu, Ni等)及其合金。

    • 结合力最佳:通过偏压溅射等技术,可获得远超蒸镀的结合强度。

标准金属化工艺流程

一个典型的TCV陶瓷基板金属化PVD方案通常采用 “结合层/阻挡层 → 导电种子层” 的多层结构。

第一步:前处理(至关重要)

  1. 精密清洗

    • 使用丙酮、乙醇等进行超声波清洗,去除有机物和颗粒。

    • 必要时进行酸洗或等离子清洗,去除表面氧化物和污染物。

  2. 等离子体活化

    • 在真空腔内进行反向溅射 或 氩离子轰击

    • 作用:物理轰击去除最后一道单分子污染层,并在陶瓷表面产生悬挂键和缺陷,极大增强膜层的机械咬合和化学结合力。

第二步:沉积结合层/阻挡层

  • 目的

    • 提供附着力:与陶瓷形成牢固的化学键(氧化物)。

    • 防止扩散:阻止后续铜原子向陶瓷内扩散,影响可靠性。

  • 常用材料Ti(钛)Cr(铬) 或 TiW(钛钨)

  • 工艺:在氩气氛围中溅射沉积一层薄而致密的Ti或Cr膜(通常50-200nm)。

第三步:沉积导电种子层

  • 目的:提供低电阻的导电通路,为后续电镀铜提供阴极。

  • 常用材料Cu(铜)。因其电阻率极低,且是电镀的主体。

  • 工艺:在结合层之上,溅射沉积一层较厚的Cu膜(通常0.5-2μm)。

    • 关键:确保Cu层在通孔侧壁和底部连续、无空洞

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