[发明专利]一种氮化铝陶瓷的表面金属化方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，特别涉及到一种微波真空电子器件制造中氮化铝陶瓷的表面金属化方法。

背景技术

众所周知，氮化铝陶瓷热导率是氧化铝陶瓷的7～8倍，其机械强度和介电强度均优于氧化铝陶瓷，介电性能和氧化铝陶瓷相近；同时由于它又具有接近于氧化铍陶瓷的高热导率却并没有氧化铍陶瓷的毒副作用，因此在使用的过程中，它已成为理想的氧化铝和氧化铍陶瓷的替代品。氮化铝陶瓷在电力电子器件、汽车工业、微波真空器件等领域有着重要应用。

作为微波真空器件制造不可缺少的关键材料之一，陶瓷材料在微波真空器件中主要用作微波输能窗、收集极部件以及夹持杆等绝缘支撑部件。上述陶瓷零部件通常需要与金属部件连接形成陶瓷-金属封接件(统称为瓷封件)。为了封接，就需要对氮化铝陶瓷表面的局部区域进行金属化，然后通过钎焊与金属零件连接为一体。微波真空器件用陶瓷金属化技术有自己独特的要求。首先微波真空器件用瓷封件通常使用银、铜焊料或其合金焊料、金铜、金镍等焊料钎焊，焊接温度高；此外瓷封件在装配到电子器件过程中往往要经过多次焊接工序，并且要经受长时间的真空排气热烘烤，而且在微波真空器件工作状态下，瓷封件还要承受冷热和机械冲击，为了保证微波真空器件有足够的寿命和高的可靠性，必须要求瓷封件封口部位有较高的焊接强度，通常还必须同时保证真空气密性。这就要求用于瓷封件焊接的金属化陶瓷上的金属化层与基底陶瓷有较强的结合强度，以保证瓷封件上的焊接强度和可靠性。为此，本发明针对微波真空器件制造，而对高结合强度和气密瓷封件的特殊要求，提出了一种高强气密性的氮化铝陶瓷表面金属化方法。

由于氮化铝陶瓷除具有优良的导热和电性能之外还具有与硅匹配的膨胀系数，是理想的集成电子封装材料。因此国内有关氮化铝陶瓷的金属化技术的相关报道已经十分广泛，其中，所查阅到的专利多数是针对集成电路基板应用，主要涉及氮化铝陶瓷表面覆铜金属化技术和覆W、Mo金属化技术。专利CN201681922报道了一种在氮化铝表面形成W或Mo金属化层的技术；专利CN101962760A报道了一种通过化学镀方法在氮化铝陶瓷表面形成Cu金属层的方法；CN101445386A和CN102208371A涉及到通过在氮化铝和Cu层之间形成Cu-O共晶层，从而在氮化铝陶瓷表面形成Cu金属化层的方法，后者还涉及到利用Ti改性层获得覆铜氮化铝基板的工艺。但是上述方法只适合平面金属化，而且金属化层与基板结合强度较低，故上述所报道的氮化铝陶瓷的金属化方法不适合在微波真空电子器件中使用。

在大量实践中得知，氮化铝陶瓷的金属化比其他氧化物如氧化铝和氧化铍陶瓷的金属化更困难。首先，氮化铝陶瓷属共价键结合，化学反应活性低，很难与其它物资发生化学反应而相互结合。另外氮化铝陶瓷热膨胀系数比较低，与金属化层或金属结合过程中应力较大；此外，氮化铝陶瓷晶粒尺寸较小(通常约5微米)，而且几乎没有玻璃相存在，只有少量晶界第二相存在于晶界或三晶交汇处。基于上述原因，本发明开创性的提出了一种氮化铝陶瓷表面的多层金属膜复合金属化工艺，利用不同金属膜层的各自的不同特性达到增强与氮化铝陶瓷基底结合力并缓解结合应力的这样一种效果，从而获得高强气密的金属化层；此外，在开发了这种表面金属化方法的同时，还专门针对氮化铝陶瓷的结构特点，提出了一种适合于氮化铝陶瓷的高温金属化工艺，该工艺流程部分将作为本专利申请的姐妹篇于另案处理。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，针对在微波真空电子器件制造中，用于焊接的金属化层与基底陶瓷之间需要有较高的结合强度和气密性，为此创新地研究一种陶瓷的表面金属化方法，本发明的目的，在于提供一种氮化铝陶瓷的表面金属化方法，它是涉及一种氮化铝陶瓷表面多层金属膜金属化的方法。