陶瓷基板生产工艺难度问题之一陶瓷金属化层厚度及其均匀性

陶瓷基板金属化工艺在我国积累了50多年的科研和生产经验，其技术日臻成熟。但是生产工艺千变万化，产品质量出现的技术问题也往往是复杂的，难以一蹴而和手到“病”除，其中的原因很多，其中陶瓷基板陶瓷金属化层的厚度及其均匀性可以认为是重要问题之一。

一般认为：金属化层的厚度取决于瓷种、金属化配方、金属化组分的原材料颗粒度以及不同的金属化涂膏发方法等。

烧结金属粉末法是目前国内外最普通采用的产业金属化工艺。按其金属化温度的高低可区分四中工艺。试验表面，四种工艺所要求的金属化层的厚度也是有所差异的。

烧结金属粉末法的金属化层通畅以15~20um为宜，而活性剂含量接近于上限，Mo颗粒细小和采用92%的三氧化二铝瓷（与95瓷相比），其金属化层可薄。金属化层过厚易于漏气，过薄则强度下降甚至会发生光板，实际上，烧结金属粉末法属于厚膜工艺。

PVD和CVD金属化技术是一种低温度、尺寸精和强度高的金属化工艺，具有某些特殊的应用，其厚度一般只有几百纳米，属薄膜工艺。

目前，还有一种所谓经济金属化方法，实际上也即是溶液金属化法，其优点在于节能，避免瓷件过度变形和发黑等缺陷。一般金属化层厚度为1~2um。当然，在金属化层厚度的均匀性上也有严格要求，均匀性好的金属化层比均匀性不好的金属化层质量高。

那么陶瓷基板金属化层厚度有哪些相关？

活化Mo-Mn法金属化层厚度和过渡层的关系。活化Mo-Mn法封接机理研究表明，此方法的接合机理主要是玻璃相迁移，其次是Mo烧结和MO轻度氧化的物理-化学反应机理。在金属化过程中，由于金属化层的活化剂与陶瓷中的玻璃相互迁移、渗透，往往在陶瓷-金属化界面上形成过渡层，这是界面粘接良好的特征，因而在组分上和厚度上进行设计，以尽可能在上述界面形成过渡层，通过活化剂和玻璃相两者之间浸润性好，软化点相近而且在工艺上保证一定的金属化层厚度时，在上述两者的界面形成一定厚度的过渡层。过渡层应该是渐变和连续的，其微结构特征是两少一多，即玻璃相对多，MO颗粒和三氧化二铝晶体少。

陶瓷基板金属化层厚度和组分的均匀性

陶瓷基板金属化层厚度和组分的均匀性对陶瓷-金属封接的强度和气密性影响很大，厚度的不均匀性会使封接应力集中和产生微裂纹，组分的不均匀会使Mo和活化剂分别不均甚至富集而引起个点活化剂、表面张力、线膨胀系数等产生差异，致使结合不牢和可靠性差。

曾对手工笔涂已烧结的金属化层厚度进行随机测定，其厚度范围为12.5~25UM,相对公差50%，绝对公差12.5um，可见厚度公差之大。手工笔涂法不仅厚度公差大，而且就目前工艺而言，在组分上的不均匀性也是明显和不能忽视的。

陶瓷金属化层厚度均匀性与手工笔涂法和丝网印刷法有关。

丝网印刷主要适合平面涂膏，特别是适合同一形状和尺寸瓷件的产业化涂膏， 手工笔涂相对比较灵活，除平面外，内外圆和小孔有都可以适应。但就是涂膏质量来说，丝网套印算是上乘，这是因为这种膏剂黏度较大，加之网丝直径可以控制厚度，因而组成和厚度的均匀性都比手工笔涂的好，在相同配方工艺条件下，往往这种方法的封接强度较高和一致性教好。

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