陶瓷材料在电子封装中具有优异的绝缘性、热稳定性和机械强度，因此被广泛用于管壳封装和厚膜电路基板。但裸陶瓷表面并不导电，也不适合作为连接、焊接、键合的接触界面。这时，就需要在其表面构建一层金属化结构，而镀金层往往是最外层，也是电气、热学和化学性能都非常关键的一层。那么，陶瓷管壳与基板镀金的目的是什么?结构应该怎么选?工艺流程如何安排?关键参数和风险点又有哪些?

　　一、为什么要在陶瓷上镀金?

　　提供稳定可焊、可键合的表面

　　陶瓷本身是绝缘体，必须金属化后才能进行引线键合、焊接或锡膏互连。镀金层可作为金丝键合的终端表面，也可兼容共晶焊或回流焊。

　　提升抗腐蚀性与环境稳定性

　　金化学性质稳定，在高温、高湿、硫化等环境中仍能保持良好的表面性能，避免基底金属氧化、失效。

　　降低接触电阻与提升导电性能

　　相比裸铜或镍，金表面电阻更低且不易氧化，有助于信号完整性、微波低损耗和热导通性能。

　　增强可靠性和长期一致性

　　在军工、航天、功率器件封装中，陶瓷基体搭配镀金能实现几十年的稳定运行，是高可靠封装的关键路径。

　　二、陶瓷种类与金属化基础

　　不同种类的陶瓷，金属化方式不同，这也决定了后续镀金的可行性与附着路径。

　　氧化铝陶瓷(Al₂O₃)

　　最常见的电子陶瓷，表面光洁、硬度高，常配合钨/钼锰烧结工艺或直接溅射金属化。

　　氮化铝陶瓷(AlN)

　　导热率更高但更脆，匹配膨胀系数低，常用于大功率模块散热基板，多采用直流溅射或金属浆料烧结。

　　氧化铍陶瓷(BeO)

　　热导率极高，军用器件常见，但有毒性，制造与镀金需特殊工艺控制。

　　氮化硅、氧化锆等复合陶瓷

　　新型高强度材料，电气封装中逐渐增多，多为定制化工艺体系。

　　三、金属化与镀金结构常见组合

　　陶瓷表面无法直接镀金，必须先进行导电金属化，然后再电镀金层。常见结构有：

　　W/Ni/Au 或 Mo-Mn/Ni/Au

　　适用于高温共烧陶瓷，先用钨或钼锰烧结，烧后再化学镀镍、电镀金，是军用管壳的传统结构，附着力强，耐热性好。

　　TiW/Ni/Au 或 Cr/Ni/Au(溅射种子层)

　　用于高洁净、高密度互连结构，在陶瓷表面先溅射TiW或Cr做粘结层，Ni为阻挡与中介层，Au为外层。广泛用于LTCC、陶瓷BGA、微波模块。

　　Ag-Pd/Ni/Au(厚膜电路)

　　在陶瓷上印刷Ag或Ag-Pd导体，再覆盖Ni/Au。适用于低成本厚膜线路板，焊接性良好。

　　Cu/Ni/Au(DPC基板)

　　直接铜贴附结构(如金属箔与陶瓷激光键合后覆铜)，再Ni/Au电镀，适用于功率封装、COB模块等。

　　四、陶瓷镀金工艺流程详解

　　清洗去污

　　去除表面有机物、氧化物或抛光残留物，使用碱洗、超声清洗或等离子清洗。

　　微蚀/活化

　　对镍或铜层进行轻微蚀刻，去除表面氧化膜，提升金层附着力。控制时间避免过蚀。

　　预镀/置换金(可选)

　　在部分工艺中，会采用微量置换金作为“闪镀”，形成初始附着，提升后续镀层连续性。

　　电镀金(主要工艺)

　　可选软金或硬金工艺：

　　软金(纯Au)：适用于金丝键合、接触电阻小;

　　硬金(合金Au)：加入Ni或Co等元素，提升耐磨性能，适合接触或插拔端子。

　　漂洗与干燥

　　多段纯水漂洗，避免残留离子;选用热风或真空干燥，避免水渍与污染。

　　后处理/热稳定(可选)

　　部分场景会进行低温烘烤(如150℃以下)，以去除吸附水或轻微应力释放。

　　五、关键技术指标控制点

　　镀金厚度

　　通常控制在0.8~2 μm;太薄影响可焊/抗蚀性，太厚则增加成本和内应力。

　　对键合、微波应用，建议≥1 μm软金;接触滑动用硬金2~3 μm。

　　镀层结构稳定性

　　镍层≥5 μm可形成有效扩散阻挡。

　　金层需致密、无孔、不起泡，表面粗糙度受控。

　　附着力测试

　　常用划格法、剥离试验、键合拉力试验等，确保金层在焊接或热冲击后无脱层。

　　界面清洁度

　　避免硫化、氯化残留，选用高纯清洗液，封装过程应无硫材料接触(如硫胶、纸板)。

　　焊接/键合性能验证

　　实际测试锡润湿性、金丝拉球拉力等，确保镀金不仅“金色好看”，还真正“能用、好焊、牢靠”。

　　六、常见应用中的结构示例

　　陶瓷管壳(功率器件/军品)

　　结构：Al₂O₃ + Mo‑Mn + Ni(7–10 μm)+ Au(1–2 μm)

　　特性：高温稳定、气密性好、适用于焊接封装。

　　陶瓷基板(功率模块)

　　结构：AlN + Cu + Ni(8 μm)+ Au(1.5 μm)

　　特性：导热性高、表面金层键合稳定，适合银烧结或键合互连。

　　LTCC封装载板

　　结构：LTCC + TiW(0.1 μm)+ Ni(5 μm)+ Au(1 μm)

　　特性：适用于倒装芯片、金丝键合、低热应力封装。

　　厚膜陶瓷电路板

　　结构：Al₂O₃ + Ag‑Pd导体 + Ni(3 μm)+ Au(0.8~1.5 μm)

　　特性：低成本方案，适用于低频信号、电源模块、LED驱动。

　　七、常见问题与应对建议

　　金层起泡、脱层

　　多由前处理不净、活化不足或基底污染引起。解决办法：优化清洗→活化→预镀连贯性，特别注意镍氧化膜问题。

　　焊接性差、润湿角大

　　可能因金层过薄、下层Ni或Cu迁移，或金层已污染。建议控制金厚、确保封存环境无硫、验证助焊剂兼容性。

　　键合拉力不达标

　　软金不足、镀层污染、界面夹杂物等都是因素。建议做等离子清洗或氮气保洁存放，避免长期暴露空气。

　　金层变色、发黑

　　通常为硫化或空气中杂质沉积，包装、运输和储存过程需避免含硫纸箱、橡胶、低质泡棉等接触。

　　八、成本控制与批量质量管控建议

　　成本主要构成：金耗(厚度 × 面积)、电镀周期、表面处理次数、良率;软金成本更高但易加工，硬金则需额外添加剂与控制窗口。

　　提高良率的方法：优化前处理一致性、制定镀金窗口参数、批次数据记录和趋势监控、加强洁净环境控制。

　　检验策略：制定金厚度测试频次(如XRF检测)、附着力抽检计划、表面缺陷标准图册、键合/焊接工艺验证样件抽样。