激光直接金属化陶瓷材料表面的机理与技术研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文

摘要

随着电子产品的集成度越来越高，散热问题一直是影响其寿命的关键问题。陶

瓷材料普遍具有导热率高、耐热性好、高频特性好、热膨胀系数与芯片材料接近等

性能，使其成为新一代电子封装基板的首选。而基于激光表面改性技术与化学沉积

生长技术相结合的激光直接金属化技术，是一种精度高、柔性化程度高、能实现三

维曲面金属化的新型微增材制造技术，在陶瓷材料封装基板的金属化图案制造领域

具有大的发展潜力。基于该技术，本文对激光表面改性陶瓷材料产生催化活性的机

理及激光直接金属化技术制备金属层的结合强度问题开展了相关的研究。

AlNAlO

对三种典型的、常用的陶瓷材料氮化铝（）、氧化铝（23）、氧化锆

（ZrO）进行研究表明，其原始表面都不具有催化活性，但在紫外纳秒激光表面改

2

性后，AlN、AlO材料表面在一定的激光参数范围内具有催化活性，在无需预置催

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化剂的条件下可诱导化学沉积生长铜反应的进行，而且这些催化活性的强弱与激光

参数直接相关；而ZrO基板表面仍不具有明显的催化活性，无法诱导化学沉积生长

2

XXPSEDS

铜的反应。经射线光电子能谱技术（）、电子能量散射谱技术（）、电

子顺磁共振技术（EPR）、载流子浓度测试等分析测试，首次发现，改性后AlO

23

陶瓷材料表面具有催化活性的原因是其表面的载流子浓度有明显增加（增加了两个

数量级）。

AlOZrO

使用激光直接金属化技术，通过在23、2材料表面构造周期性的微沟槽

结构，可有效提升化学沉积生长铜层与基材的结合强度。基于实验所用的激光设备

AlOZrO18.8MPa

的最佳参数，分别在23、2陶瓷基材表面制备出了结合强度为、

15.4MPa的金属铜层。针对常规的激光直接金属化技术在AlN基板上出现的铜层结

合强度不稳定、结合强度减弱的问题，引入了化学沉积生长镍过渡层的工艺，结果

可在AlN材料表面制备出结合强度为9MPa左右的金属层。

激光直接金属化技术可以方便地在二维平面和三维曲面陶瓷材料表面制备出结

合强度较高的区域选择性金属化图案，在陶瓷基板封装、共形电路制造等领域具有

一定的实际应用价值。

I

华中科技大学硕士学位论文

关键词：陶瓷材料；激光表面改性；催化活性；结合强度；激光直接金属化

II

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Abstract

Withtheincreasingintegrationofelectronicproducts,heatdissipationhasalways

beenakeyissueaffectingtheirlifespan.Ceramicmaterialswithgoodthermalconductivity,

goodheatresistance,highfrequencycharacteristics,andthermalexpansioncoefficient

closetochipmaterials,havebeenbecomingthefirstch