陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，具有高熔点、高硬度、高耐磨性等优点，可用作结构材料和功能材料，具有广阔的应用前景^[1]。

陶瓷材料的烧结主要表现为一种或多种固体原料粉体在高温加热条件下，经过物质的迁移而使粉体聚集产生致密化的过程，这一过程通常需要数小时甚至数十小时，所谓烧结，在宏观上表现为致密度、强度的提高，其本质上是颗粒表面能到界面能的能量下降，其驱动力是不同部位在化学势作用下的原子扩散，最后在微观上表现是晶粒间孔隙的消除过程^[2]。

2.1 直接镀Cu金属化法

在直接镀Cu金属化工艺流程中，基板经过激光冲孔并彻底清洁后，在清洁干燥的陶瓷基板上沉积种子层，接着覆盖干膜并进行显影曝光，继而进行电镀操作，以生成所需的金属线路。此后，移除多余干膜和种子层，并在铜表面覆盖一层非活性金属来保护铜层，以便于后续的钎焊过程。

尽管DPC陶瓷基板具有高导热性、高线路精度以及可通过通孔连接减少封装体积等优点，但受限于电镀工艺，其铜层厚度通常不超过150 μm。目前DPC技术主要应用于大功率LED的封装。在高亮度LED和深紫外LED在高发热的应用场景中，不仅需要背面配备高导热基板散热，正面封装材料也需考虑热稳定性和可靠性。传统的树脂封装材料在紫外线和高温作用下易老化失效，因此目前的研究还倾向于采用高岭土、金属镍、金属铜等无机或金属材料在DPC基板上形成坝体结构，再搭配透明石英进行封装，以提高器件的可靠性^[3]。

目前，直接镀Cu金属化工艺已被广泛应用，但仍面临效率低、通孔填充不良和镀液通用性差等问题。其中，通孔填充不良会影响器件的性能、稳定性和可靠性。其形成原因是电镀过程中，铜更易在通孔表面填充，导致在内部未充实的情况下使通孔闭合，最终在通孔内部形成孔洞。电镀通孔填充质量受电镀电流和添加剂配方的影响，通过优化电镀液配方及辅助工艺参数可改善通孔填充质量。

此外，DPC陶瓷基板在电镀过程中可能存需要过长的的电镀时间、镀层厚度不均匀以及镀层内部存在宏观残余应力等问题。其中，过高的残余应力可能引发镀层开裂或弯曲，且残余应力在铜层内部积累可能影响陶瓷基板的热稳定性^[4]。

2.2 直接覆铜法

直接覆铜技术最早由Burgess等人于1973年开创性地提出^[5]，其基本原理在于利用铜箔表面氧化层在高温下形成Cu-O共晶熔体，该熔体具备卓越的润湿性能，在1065°C共晶温度下能够有效联结陶瓷基板与未反应的铜箔，在冷却凝固后确保两者间的强韧结合。

在1065°C附近，Cu-O形成的共晶相，鉴于纯铜熔点为1083°C，故共晶键合需在1065°C至1083 °C 的温度范围内进行，实际操作多集中在1070°C至1075°C。降温过程中，Cu-O共晶中的过饱和氧会以Cu₂O沉淀形式析出；在Al₂O₃或AlN陶瓷中，还可能出现CuAlO₂和CuAl₂O₄等附加反应产物^[5]。共晶液的形成及其氧含量对于键合效果至关重要，鉴于氧气在铜熔体中的扩散率极低(10^-5 cm²/s)，难以在键合过程中引入足量氧，故通常通过预氧化铜箔在铜箔表面形成Cu₂O以促进共晶液生成。铜中氧含量还对键合界面的强度有显著影响，因此对其精准调控是确保键合性能的核心环节^[6]。

直接覆铜工艺需要搭配特定的基板使用。纯铜熔融体对Al₂O₃、AlN和Si₃N₄的润湿性较差，润湿角超过130°。通过增加键合过程的氧分压和铜熔体的氧含量，可大幅度减少其在Al₂O₃表面的润湿角^[7]。虽然AlN也可通过增加键合过程的氧分压、在真空环境下键合或延长键合时间以改善润湿性，但效果非常有限^[8]。因此一般是对AlN进行预氧化处理，以在表面生成一层Al₂O₃，再通过上述方法进行键合。但这些方法都难以改善铜熔体与Si₃N₄的润湿性，所以很少对Si₃N₄使用直接覆铜工艺。

2.3 活性钎焊金属化法

在新能源汽车行业中，SiC模块备受重视，但当SiC功率器件的结温升高至250°C时，由于DBC陶瓷基板在高温条件下的温度循环可靠性很差，导致其应用受限。因此，为解决这一问题，研究者开发了AMB陶瓷基板。

首先，在洁净的陶瓷基板上涂覆一层薄薄的焊料，随后将铜箔贴合在焊料上并放置在800°C至950°C的真空环境下使焊料熔化，待焊料冷却后即可形成稳固的连接。接下来，通过湿法刻蚀技术制作金属图案以满足大功率器件的电气连接需求。

鉴于常规金属与陶瓷基板间的润湿性较差，通常使用活性金属焊料改善润湿性以提高接头强度。活性金属焊料是指至少含有一种活性金属元素的焊料，当前主要活性元素为Ti及镧系元素。活性钎焊金属化工艺中常用的活性焊料主要包括Sn-Ag-Ti和Ag-Cu-Ti体系，其中Ti作为活性金属增强焊料与陶瓷间的润湿性，Sn和Ag则起到降低熔点以及提高接头的导热性能的作用。

然而，活性钎焊金属化工艺必须在高真空或保护气氛下实施，这限制了其工艺的适用性。为克服此局限性，研究者开发出可在大气环境中进行的反应空气钎焊(Reactive Air Brazing，RAB)技术。RAB技术采用的钎焊填充金属主要由贵金属(如Ag、Ag-Pd合金)和金属氧化物(如CuO、V₂O₅^[9]、Nb₂O₅、SiO₂和Al₂TiO₅)构成，从而赋予接头良好的抗氧化性能。在RAB过程中，金属氧化物能够附着于陶瓷基底表面并与之反应，通过熔融填充金属与界面的协同作用增强陶瓷基底的润湿性。同时，贵金属的优良延展性有助于缓解接头内部热应力，而金属氧化物的加入则有助于减少接头与陶瓷基体间由CTE差异引发的残余应力。

活性钎焊金属化工艺具有设备、工艺简单、高可靠性、不受陶瓷基板限制等优点，是在大功率器件的应用中最具发展潜力的金属化工艺。然而，鉴于大功率电子器件行业的快速发展，对活性钎焊金属化工艺的力学性能和长期运行可靠性提出了更高的标准，因此需要对其进行持续优化和提升。同时，AMB陶瓷基板与DBC陶瓷基板一样面临线路精度不足的技术瓶颈，若能开发新技术使其线路精度与直接镀Cu金属化工艺相媲美，AMB陶瓷基板将有望在未来替代其他同类基板，展现出巨大的应用潜力^[4]。

2.4 激光火花金属化法

激光火花金属化工艺通过激光束对含铝陶瓷基板进行选择性照射，被照射的陶瓷材料还原成活化的金属原子，随后将其浸入含Cu²⁺的化学镀液中，活化原子促使Cu²⁺还原并沉积在被照射的区域，形成金属线路图案^[10]。

化学镀是一种无需外加电流的自催化氧化还原过程，通过溶液中的化学还原剂将金属离子还原为固体金属^[11]，而这一还原过程的能量驱动来自于溶液中的化学还原剂。通常镀液中的金属难以自发还原，通常需要催化剂作为中间媒介，以降低金属成核的活化能。一旦催化剂颗粒成功沉积在基底表面，即可触发大范围的金属沉积。

激光火花金属化工艺常用含铝基板进行加工，因为激光照射后可以形成活化的Al原子。但Al原子的催化性能并不理想，需要其它的催化剂来提高沉积效率。

激光火花金属化工艺设计对激光参数、陶瓷基板特性和电镀工艺参数具有高度敏感性，尽管该技术结合了电镀铜的成本优势和LAM工艺的高线路精度的特点，但高昂的激光设备成本和化学镀带来的环境污染问题仍然是限制其进一步普及的重要原因。

2.5 厚膜金属化法

厚膜金属化法是在陶瓷基板上通过丝网印刷形成封接用金属层、导体(电路布线)及电阻等，经烧结形成钎焊金属层、电路及引线接点等。厚膜浆料一般由粒度为1.5μm的金属粉末，添加百分之几的永久粘结剂，再加有机载体(包括有机溶剂、增稠剂和表面活性剂等)，经球磨混炼而成。厚膜金属化的步骤一般包括：图案设计和原图、浆料的制备、丝网印刷、干燥与烧结^[12]。

厚膜金属化利用丝网印刷的原理，首先，在氮化铝陶瓷基片附着上封装所需的金属层或电阻等电子元件。紧接着，金属层与电阻等电子元件经过高温烧结加工粘结在陶瓷基片表面，实现了各部分的牢固连接。这种工艺在电子器件封装和电路布线中具有广泛的应用。导电浆料是影响厚膜金属化质量的关键，其成分主要由金属粉末（1~5μm）玻璃、粘结剂、有机载体球磨混合组成^[13]。

厚膜金属化方法适用的陶瓷种类众多，工艺简单^[14]。受限于丝网尺寸以及导电浆料，难以加工60μm以下线宽的导线，金属层电学性能与粘结性能较差，只适用于功率和尺寸要求较低的电子器件，氮化铝厚膜金属化所需的导电浆料仍然比较缺乏，市面上成熟的浆料配方并不适用，否则界面会出现起泡^[15]。

2.6 薄膜金属化工艺

薄膜金属化法是利用真空蒸镀、溅射法等气相沉积方法将金属材料气化并附着在陶瓷表面形成一层金属薄膜，再经过掩膜、刻蚀等流程形成金属化电路图案的工艺。

理论上，该工艺可以通过蒸镀或溅射的方式在各种材料的基板上形成微米级的均匀金属薄膜。但由于陶瓷与金属铜之间的热膨胀系数存在较大差异，直接在氮化铝陶瓷上覆铜会使金属层与陶瓷层存在较大的应力，影响镀层与陶瓷的粘结强度与基板的热循环稳定性。因此，近年来多层沉积方法逐渐流行，第一层一般是Ti层，第二层选择Cu、Ag、Au等金属，当位错在单层中的滑移与相互作用由于较大的内应力转移到另一层时，金属层内的内应力也会得到释放。

薄膜金属化质量高，粘结强度大，镀层均匀，图形加工精细，但这种方法只能加工很薄的金属层，并且制备工艺相对复杂，包括表面处理、金属沉积和后续处理等多个步骤，需要严格控制工艺参数，导致生产制造成本较高，严重制约了其发展^[16]。