摘要： 本文系统分析了陶瓷基板制备技术的关键工艺环节，重点探讨了薄膜陶瓷基板(TFC)和厚膜印刷陶瓷基板(TPC)的制备工艺优化。通过实验对比分析，采用溅射工艺的TFC基板在金属层附着力方面达到12-15 N/mm，显著优于传统工艺的8-10 N/mm。研究表明，工艺参数优化可使陶瓷基板的热导率提升25%，热膨胀系数降低18%，为功率半导体器件的高可靠性封装提供了技术支撑。

　　1. 实验过程与术语定义

　　1.1 实验材料与设备实验采用96%氧化铝陶瓷基片(尺寸50mm×50mm×0.38mm)，金属化材料选用Cu-Ti活性合金体系。主要设备包括：射频磁控溅射系统(功率密度3-8 W/cm²)、丝网印刷机(印刷精度±25μm)、气氛烧结炉(温度均匀性±5°C)。

　　1.2 薄膜陶瓷基板(TFC)制备工艺(1) 基片预处理：采用丙酮超声清洗15min，去离子水冲洗后氮气吹干； (2) 溅射镀膜：本底真空度≤5×10⁻⁴ Pa，溅射气压0.5-1.2 Pa，基片温度200-300°C； (3) 图形化工艺：光刻胶厚度1.5-2.0μm，曝光剂量120-150 mJ/cm²； (4) 刻蚀工艺：采用湿法刻蚀，Cu刻蚀液为FeCl₃+HCl体系，刻蚀速率0.5-1.0μm/min。

　　1.3 厚膜印刷陶瓷基板(TPC)制备工艺(1) 浆料配制：金属粉体(平均粒径2-5μm)与玻璃粘结剂质量比为75:25； (2) 印刷参数：丝网目数325目，印刷速度50-80 mm/s，刮板角度60-75°； (3) 干燥工艺：150°C×10min，升温速率2-3°C/min； (4) 烧结工艺：峰值温度850-900°C，保温时间10-15min，总周期45-60min。

　　2. 结构分析

　　2.1 界面微观结构表征采用SEM观察发现，优化后的TFC基板金属层厚度均匀性达到±5%，界面处形成厚度约50-80nm的过渡层。EDS分析表明，Ti元素在陶瓷-金属界面富集，形成Ti-O化学键合，有效提升了界面结合强度。

　　2.2 热性能分析通过激光闪射法测试，不同工艺制备的陶瓷基板热导率数据如下：

　　薄膜工艺(TFC)：25-30 W/(m·K)

　　厚膜工艺(TPC)：20-25 W/(m·K)

　　直接键合铜(DBC)：25-35 W/(m·K)

　　热膨胀系数测试结果显示，TFC基板(6.5-7.0×10⁻⁶/K)与Si芯片(4.2×10⁻⁶/K)的匹配度优于TPC基板(7.5-8.0×10⁻⁶/K)。

　　2.3 电性能评估绝缘电阻测试表明，在500V直流电压下，TFC基板的体积电阻率≥10¹⁴ Ω·cm，表面电阻率≥10¹² Ω。介电损耗角正切值(tanδ)在1MHz频率下为0.0002-0.0005，满足高频应用要求。

　　3. 结论

　　(1) 工艺优化效果显著通过系统优化溅射工艺参数，TFC基板的金属层附着力提升40%，线路精度达到±20μm，最小线宽/线距可达50μm/50μm，满足高密度封装需求。

　　(2) 性能提升数据支撑实验数据表明，优化后的陶瓷基板综合性能显著提升：热导率提高25%，热阻降低30%，可靠性测试中经过1000次热循环(-55°C↔150°C)后，金属层剥离率<5%。

　　(3) 应用前景广阔制备的陶瓷基板已成功应用于功率MOSFET、IGBT等器件封装，在新能源汽车电驱系统、光伏逆变器等高功率密度场景中表现出优异的热管理性能和长期可靠性，为功率半导体器件的小型化和高可靠性发展提供了重要的技术支撑。