高功率電源模塊、射頻功放、LED 封裝中?？吹降膮?shù)里，為什么總會(huì)出現(xiàn)“氮化鋁鍍金基板”“AlN Ni/Au”之類的字樣?氮化鋁本身是絕緣陶瓷，為什么還要在上面“鍍金”?這層金到底起什么作用?

　　一、先認(rèn)清底座：氮化鋁是一種什么陶瓷?

　　1. 高導(dǎo)熱又絕緣的“底板材料”

　　氮化鋁(AlN)是一種白色或淺灰色陶瓷，最大的特點(diǎn)是：

　　導(dǎo)熱系數(shù)很高，常見(jiàn)燒結(jié)基板可達(dá) 170–230 W/m·K，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品甚至標(biāo)稱 250 W/m·K 級(jí)別;

　　同時(shí)保持很高的體電阻率和絕緣性能，是標(biāo)準(zhǔn)的電絕緣材料。

　　這讓它非常適合做既要散熱、又要絕緣的電子封裝載體，比如功率模塊基板、LED 基板、半導(dǎo)體設(shè)備用承載板等。

　　2. 電性能也很“電子友好”

　　與傳統(tǒng)氧化鋁陶瓷相比，氮化鋁還有幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：

　　介電常數(shù)較低、介質(zhì)損耗小，更適合高頻、射頻電路;

　　熱膨脹系數(shù)與硅相近，芯片焊在上面，熱沖擊應(yīng)力更小。

　　但要讓芯片、電路真正“落地”在氮化鋁上，還必須解決一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題——在絕緣陶瓷表面做出可靠的金屬走線和焊盤，這就離不開(kāi)“鍍金”等金屬化工藝。

　　二、為什么要在氮化鋁上“鍍金”?

　　1. 給絕緣陶瓷加一層“導(dǎo)電皮膚”

　　氮化鋁本身不導(dǎo)電，要把芯片焊上去、走線引出來(lái)，就需要在其表面形成金屬圖形(線路、焊盤、地平面等)。最常見(jiàn)的做法是：

　　先在 AlN 表面做一層金屬化底層(如 TiW、Mo/Mn 等)，負(fù)責(zé)黏附和過(guò)渡;

　　再在其上鍍一層高導(dǎo)電、易焊接、易鍵合的金屬層，金就是常用的頂部金屬。

　　2. 金的優(yōu)勢(shì)：不僅是“貴金屬”這么簡(jiǎn)單

　　選擇金(Au)作為表面層，主要看中幾個(gè)特性：

　　導(dǎo)電性好、穩(wěn)定性高：電阻低、接觸電阻小，適合高頻、高可靠連接;

　　抗氧化、抗腐蝕：金在空氣中極難氧化，長(zhǎng)期使用表面仍然可焊、可鍵合;

　　易焊接、易金絲鍵合：無(wú)論是軟釬焊還是金絲/鋁絲鍵合，Au/Ni/Au、TiW/Au 等體系都非常成熟。

　　對(duì)醫(yī)療設(shè)備、通信基站、電動(dòng)車功率模塊這種要求長(zhǎng)壽命、少失效的場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，這些優(yōu)點(diǎn)非常關(guān)鍵。

　　3. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

　　氮化鋁鍍金基板常見(jiàn)于：

　　IGBT / SiC / GaN 等功率模塊和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器基板;

　　射頻功放、微波功率器件、毫米波前端模塊;

　　高亮度 LED、激光器封裝基板;

　　半導(dǎo)體設(shè)備中的靜電吸盤、加熱板、散熱底板等功能件表面電極。

　　三、“氮化鋁鍍金”的典型結(jié)構(gòu)長(zhǎng)什么樣?

　　業(yè)內(nèi)說(shuō)的“氮化鋁鍍金”，通常指的是AlN 陶瓷基板 + 一套多層金屬化體系，而不僅僅是一層單獨(dú)的金。常見(jiàn)結(jié)構(gòu)大致有兩類：

　　1. 薄膜金屬化體系

　　多用于精細(xì)電路、微波/射頻基板：

　　先通過(guò)濺射等方式沉積一層粘附層，常見(jiàn)如 TiW(鈦鎢合金);

　　再沉積一層較薄的 Au(或 Cu，再加 Ni/Au);

　　隨后通過(guò)光刻+蝕刻形成精細(xì)線路圖形。

　　優(yōu)點(diǎn)是線寬線距可以做到很細(xì)，適合微波電路、小型芯片載板等場(chǎng)景。

　　2. 厚膜 / Mo-Mn + Ni/Au 體系

　　多用于高可靠封裝、氣密封裝基板：

　　在 AlN 上印刷 Mo/Mn 厚膜并高溫共燒或燒結(jié)，使其與陶瓷牢固結(jié)合;

　　再在 Mo/Mn 上電鍍 Ni 作為阻擋層與過(guò)渡層;

　　最外層電鍍 Au，提供焊接、鍵合和防腐表面。

　　這種結(jié)構(gòu)在密封封裝、軍工與航天器件中相當(dāng)常見(jiàn)，特點(diǎn)是附著力強(qiáng)、耐高溫、可實(shí)現(xiàn)氣密焊封。

　　四、氮化鋁鍍金工藝流程概覽

　　不同廠家工藝細(xì)節(jié)會(huì)有差異，但核心步驟大致包括：

　　1. 基板準(zhǔn)備

　　氮化鋁坯件燒結(jié)成板，磨削至目標(biāo)厚度并精密研磨或拋光;

　　超聲清洗、去油、活化處理，確保表面潔凈、粗糙度適宜金屬附著。

　　2. 金屬化底層沉積

　　薄膜路線：真空濺射 TiW、Ti 等粘附層，再濺射初始導(dǎo)電層(如 Cu、Au);

　　厚膜路線：絲網(wǎng)印刷 Mo/Mn 等漿料，高溫?zé)Y(jié)使其與 AlN 共燒結(jié)合。

　　3. 圖形化與線路形成

　　通過(guò)光刻(薄膜)或精密絲網(wǎng)印刷(厚膜)形成線路、焊盤圖形;

　　對(duì)不需要金屬的區(qū)域進(jìn)行蝕刻或無(wú)印刷，保證圖形邊界清晰。

　　4. 鍍金與厚度控制

　　通常先電鍍 Ni 作為阻擋層(避免 Au 與基下材料互擴(kuò)散、影響焊接)，再鍍 Au;

　　依據(jù)用途，Au 厚度從幾百納米到數(shù)微米不等：

　　僅做鍵合 / 接觸層，可薄一些;

　　需要反復(fù)焊接、承受較大電流的焊盤，則會(huì)做得更厚一些。

　　5. 檢測(cè)與可靠性驗(yàn)證

　　進(jìn)行金屬附著力測(cè)試(剪切、拉脫);

　　檢測(cè)鍍層厚度、孔洞、針孔、起皮等缺陷;

　　做高溫存儲(chǔ)、冷熱沖擊、焊接可靠性等試驗(yàn)。

　　五、氮化鋁鍍金的關(guān)鍵性能指標(biāo)

　　1. 導(dǎo)熱與絕緣是否保持優(yōu)勢(shì)

　　氮化鋁本身的熱導(dǎo)率要達(dá)標(biāo)(例如 ≥170 W/m·K);

　　金屬化層的設(shè)計(jì)要盡量避免在散熱路徑上形成過(guò)厚、過(guò)多熱阻層，特別是功率器件下方的區(qū)域。

　　2. 金屬層的附著力與耐熱沖擊

　　金屬層與 AlN 的附著力不足，會(huì)導(dǎo)致焊盤起皮、線路斷裂;

　　在熱循環(huán)過(guò)程中，金屬 / 陶瓷界面要能承受反復(fù)膨脹收縮，而不產(chǎn)生裂紋和剝離。

　　3. 金層厚度與均勻性

　　金太薄，焊接次數(shù)受限，鍵合可靠性下降;

　　金太厚，成本大幅上升，還可能導(dǎo)致應(yīng)力、翹曲問(wèn)題;

　　表面厚度均勻性也影響焊膏印刷和鍵合質(zhì)量。

　　4. 表面粗糙度與潔凈度

　　線鍵合區(qū)域必須有合適的粗糙度和清潔度，才能獲得足夠的鍵合拉力;

　　對(duì)高頻電路來(lái)說(shuō)，表面粗糙度還會(huì)影響高頻損耗。

　　六、典型應(yīng)用場(chǎng)景：氮化鋁鍍金在哪些場(chǎng)合“物有所值”?

　　1. 高功率功率模塊 / IGBT / SiC / GaN 器件封裝

　　芯片產(chǎn)生大量熱量，需要通過(guò)基板快速散出;

　　氮化鋁提供高導(dǎo)熱和絕緣，鍍金層提供穩(wěn)固的芯片焊盤與引線鍵合面，是目前高端功率模塊常用的封裝基板之一。

　　2. 微波、射頻與毫米波模塊

　　在 AlN 基板上做 TiW/Au 等薄膜線路，可實(shí)現(xiàn)低損耗微帶線、功分器、濾波器等結(jié)構(gòu);

　　氮化鋁的低介電損耗 + 金屬線路的高導(dǎo)電性，有利于提升整機(jī)效率和線速。

　　3. LED 與光電封裝

　　大功率 LED 芯片需要良好的散熱通道;

　　在 AlN 基板表面做 Ni/Au 鍍層，可直接焊芯片或做引線鍵合，同時(shí)保障反復(fù)回流焊的可靠性。

　　4. 半導(dǎo)體制造設(shè)備部件

　　氮化鋁被廣泛用作半導(dǎo)體設(shè)備中的加熱盤、靜電吸盤、射頻電極基體等;

　　通過(guò)表面鍍金或其它金屬化，可以引出電極、形成加熱線路或測(cè)溫點(diǎn)。

　　七、從選材和采購(gòu)角度看：如何選合適的氮化鋁鍍金方案?

　　在做器件封裝或模塊設(shè)計(jì)時(shí)，可以從幾個(gè)維度與供應(yīng)商溝通：

　　基板參數(shù)

　　AlN 熱導(dǎo)率等級(jí)(如 170 / 200 / 230 W/m·K 等);

　　基板厚度、公差、翹曲度要求;

　　介電常數(shù)、介質(zhì)損耗指標(biāo)。

　　金屬化體系

　　采用薄膜 TiW/Au，還是厚膜 Mo/Mn + Ni/Au;

　　是否需要局部加厚金層、局部銅層等特殊結(jié)構(gòu);

　　線路最小線寬線距和圖形精度。

　　鍍金厚度與焊接工藝匹配

　　主要是金絲鍵合還是焊膏回流、銀燒結(jié)、釬焊等;

　　依據(jù)具體焊接方式確定合理的 Ni/Au 厚度和配比。

　　可靠性與質(zhì)量體系

　　是否能提供附著力、熱循環(huán)、焊接壽命等測(cè)試數(shù)據(jù);

　　是否有面向汽車電子、醫(yī)療、通信行業(yè)的質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn);

　　大批量供貨的穩(wěn)定性和一致性如何。