在现代工业加工领域中，我们常常需要根据实际应用情况将两种性能迥异的材料完美地结合在一起，陶瓷金属化加工就属于这样一种情况，它也是制造高端电子产品、航空航天器、新能源汽车核心部件的关键技术。其中，钎焊技术就在陶瓷金属化领域中扮演着不可或缺角色的。很多人可能比较熟悉焊接，比如用电焊铁将两块金属熔化后粘在一起，不过钎焊则完全不同于焊接技术，它要更加“温柔”和“精密”。
1 陶瓷为什么要进行金属化加工？
陶瓷金属化是指在陶瓷基材表面涂覆一层金属材料，使其能够实现与金属器件的有效连接。虽然陶瓷本身具有优异的电气绝缘性和耐高温特性，但有时也需要进行金属化加工，以提高其与金属材料的连接性，解决陶瓷的脆性和低导电性问题。金属化后，陶瓷可以实现与金属的可靠连接，增强其机械强度、导电性、导热性等性能，从而最终产品可广泛应用于电子封装、传感器、半导体等领域。
为了使陶瓷具备更好的连接性能，金属化处理是一个关键步骤，钎焊则是实现陶瓷与金属材料可靠连接的重要技术。
2 什么是钎焊技术？
钎焊（Brazing）是一种常见的金属连接技术，工作原理是使用一种熔点比陶瓷和金属母材都低的金属材料作为钎料，当加热到钎料的熔化温度（但远低于母材的熔点）时，液态钎料会像“胶水”一样，流动并填充到陶瓷与金属的缝隙中。随后冷却凝固，形成一道牢固、致密、可靠的整体连接。钎焊不同于焊接，它并不熔化工件本身，而是将其加热至接近材料的熔点温度，再通过填充材料实现连接。
陶瓷金属化产品via厦门新瓷材料科技有限公司官网
3 钎焊的两种“工作模式”
根据陶瓷表面状态的不同，钎焊技术主要通过两种模式发挥作用：
模式一：作为“最终连接者”（用于已金属化陶瓷）
这是最常见、最传统的角色。在此模式下，陶瓷本身已经通过薄膜法（如磁控溅射） 或厚膜法（如钼锰法） 完成了金属化处理，表面镀上了一层与陶瓷结合牢固的金属层（如镍层）。
过程：这层镍层的作用就是为钎焊提供一个“友好”的界面。钎料（如常用的银铜基钎料）可以轻松地润湿这层镍金属。随后，钎料熔化、填充、凝固，将已经披上“金属外衣”的陶瓷与另一个金属零件（如铜热沉、可伐合金引脚）牢固地连接在一起。
角色定位：该状态下，钎焊是最终步骤。它利用前序金属化技术创造的条件，高效、可靠地完成了最终组装任务。绝大多数陶瓷封装、陶瓷电路基板的组装都采用这种模式。
模式二：作为“一体化解决方案”（活性金属钎焊）
这是一种更先进、更强大的模式，它直接将钎焊技术提升为了金属化的核心本身。这就是活性金属钎焊（Active Metal Brazing, AMB）。
AMB技术不再需要预先在陶瓷表面镀膜。它的奥秘在于使用了一种特殊的活性钎料，这种钎料在普通钎料的基础上，添加了具有高化学活性的元素（最典型的是钛-Ti）。
工作原理：在真空和高温度环境下，钎料中的钛原子会挣脱出来，优先与陶瓷（如氧化铝Al₂O₃、氮化铝AlN）发生化学反应，在界面处生成一层极薄的、成分复杂的反应层。这层物质既能与陶瓷本体牢固结合，又能被液态钎料很好地润湿。
角色定位：此模式，钎焊过程同时完成了“金属化”和“连接” 两个步骤。它一气呵成，创造了一个异常坚固的界面。特别是对于高热导率的氮化铝（AlN）陶瓷，AMB技术形成的连接强度和高导热性表现尤为出色，因此成为新能源汽车、光伏逆变器中绝缘栅双极晶体管（IGBT）功率模块的首选技术。
4 为什么钎焊技术具有不可替代性？
钎焊技术之所以能在这个高精尖领域占据核心地位，源于其无可比拟的优势：
（1）高连接强度
钎焊技术在陶瓷金属化领域的最大优势之一就是其能提供高强度的连接。陶瓷材料通过钎焊，可以确保陶瓷和金属之间形成坚固的接头，满足电子器件、机械装置等产品对连接强度的需求。
（2）保证良好的导电性与导热性
在许多高科技应用中，陶瓷金属化后的组件需要兼顾电气导电性和热导性能。钎焊工艺能够帮助实现这些性能要求， 钎料通常是优良的导体，确保了器件工作时热量和电信号的顺畅传输。尤其是在高温、高频电子产品中，金属化陶瓷的导热性和导电性至关重要。
（3）精密与高效的连接
钎焊具有较为精确的控制能力，可以在较低温度下完成连接，从而避免对陶瓷材料造成过多的热损伤。这对于那些对尺寸和性能要求极为严格的产品，尤其是集成电路、传感器等高精度元件至关重要。
（4）适应性强
钎焊技术在陶瓷金属化领域的另一大优势是其广泛的适应性。无论是氧化铝、氮化铝等常见陶瓷，还是特种陶瓷材料，钎焊技术都能为它们提供稳定的金属连接解决方案。此外，钎焊适用于多种金属材料，包括铜、银、金、钼等，因此可根据不同的应用需求灵活选择填充材料。
（5）优异的气密性
钎焊技术焊缝致密无孔，可以防止水汽、杂质侵入，保护内部精密芯片电路。
（6）适合复杂结构和批量生产
钎焊技术可以一次性完成多个零件的复杂组装，易于实现自动化生产。
5 应用领域
电子封装与半导体产业
在半导体封装中，陶瓷材料通常用来作为支撑基板，钎焊技术则负责将金属引脚、散热片等部件与陶瓷基板连接在一起。高效的热管理和稳定的电气性能要求使得钎焊成为此领域的首选连接技术。
图源：京瓷官网
航天航空领域
在航天器、卫星等高端设备的制造过程中，陶瓷与金属的结合对于提高系统的热管理、抗辐射能力及结构强度至关重要。钎焊可以保证这些系统在极端环境下的高效运行。
高温工程应用
钎焊在陶瓷金属化中的应用还涉及到高温设备的制造，如热交换器、燃烧器等。在这些高温环境下，陶瓷材料能够提供较好的抗热性能，钎焊则确保了陶瓷和金属的稳定连接。
综上所述，钎焊技术在陶瓷金属化领域占据着举足轻重的地位，它不仅提供了高强度、稳定性和高效性，还满足了高温、高精度等极端条件下的技术需求。随着新材料、新技术的不断发展，钎焊技术在陶瓷金属化中的应用前景将更加广阔，为更多高科技产品的创新提供可靠的连接解决方案。
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