Après lecéramiqueLe substrat est fritté et mis en forme, puis sa surface doit être métallisée. Le motif de surface est ensuite réalisé par transfert d'image afin d'assurer les performances de connexion électrique du substrat céramique. La métallisation de surface est une étape cruciale dans la fabrication des substrats céramiques. En effet, l'adhérence des métaux à la surface de la céramique à haute température détermine la force de liaison entre les métaux et la céramique. Une bonne adhérence est essentielle à la stabilité des performances du boîtier LED. Actuellement, les méthodes de métallisation courantes sur les surfaces céramiques peuvent être classées en plusieurs catégories : les méthodes de co-cuisson (HTCC et LTCC), la méthode de couche épaisse (TFC), le dépôt direct de cuivre (DBC), le dépôt direct d'aluminium (DBA) et la méthode de couche mince (DPC).
Méthode de co-cuisson (HTCC/LTCC)
Il existe deux types de co-cuisson : la co-cuisson à haute température (HTCC) et la co-cuisson à basse température (LTCC). Leurs étapes de fabrication sont globalement similaires. Les principales étapes comprennent la préparation de la barbotine, le coulage et la génération de bandes, le séchage des pièces crues, le perçage, la sérigraphie et le remplissage des trous, la sérigraphie des circuits imprimés, la superposition et le frittage, ainsi que le découpage final et les autres traitements ultérieurs. La poudre d'alumine est mélangée à des liants organiques pour former une barbotine, puis cette dernière est transformée en feuilles à l'aide d'une raclette. Après séchage, une pièce crue en céramique est obtenue [10]. Ensuite, conformément aux exigences de conception, des trous sont percés dans la pièce crue et remplis de poudre métallique. La surface de la pièce crue est revêtue d'un motif linéaire par sérigraphie. Enfin, les pièces crues de chaque couche sont empilées et pressées, puis frittées et mises en forme dans le four de co-cuisson. Bien que les procédés des deux méthodes de co-cuisson soient globalement similaires, les températures de frittage diffèrent considérablement. La température de co-cuisson pour le HTCC se situe entre 1300 et 1600 °C, tandis que celle du LTCC est de 850 à 900 °C. Cette différence s'explique principalement par la présence, dans la suspension de frittage du LTCC, de matériaux vitreux capables d'abaisser la température de frittage, contrairement à la suspension utilisée pour le HTCC. Si les matériaux vitreux permettent d'abaisser la température de frittage, ils entraînent en revanche une diminution significative de la conductivité thermique du substrat.
Céramique à couche épaisse (TFC)
La méthode de dépôt en couche épaisse désigne un procédé de fabrication où une pâte conductrice est directement déposée sur un substrat céramique par sérigraphie, puis la couche métallique est fixée solidement au substrat par frittage à haute température. Le choix de la suspension conductrice est un facteur déterminant du procédé. Elle est composée d'une phase fonctionnelle (poudre métallique de granulométrie inférieure à 2 µm), d'une phase liante et d'un support organique. Les poudres métalliques courantes comprennent l'or (Au), le platine (Pt), les alliages Au/Pt et Au/Pd, l'argent (Ag), les alliages Ag/Pt et Ag/Pd, le cuivre (Cu), le nickel (Ni), l'aluminium (Al) et le tungstène (W). Les suspensions d'argent, d'argent/Pd et de cuivre sont les plus fréquentes. Le liant est généralement un matériau vitreux, un oxyde métallique ou un mélange des deux. Son rôle est d'assurer la liaison entre la céramique et le métal et de garantir l'adhérence de la suspension conductrice au substrat. Il constitue un élément clé de la production de la suspension conductrice en couche épaisse. Le rôle principal du support organique est de disperser la phase fonctionnelle et la phase liante, tout en maintenant une viscosité suffisante pour la suspension en film épais, en vue de la sérigraphie ultérieure. Il se volatilise progressivement lors du frittage.
Cuivre à liaison directe (DBC)
La métallisation DBC permet de coller une feuille de cuivre sur des surfaces céramiques (principalement Al₂O₃ et AlN). Ce procédé récent a été développé avec l'essor de la technologie d'encapsulation COB (Chip-on-Board). Son principe repose sur l'introduction d'oxygène entre le cuivre et la céramique, formant ainsi une phase liquide eutectique Cu/O entre 1065 et 1083 °C. Cette phase réagit ensuite avec la matrice céramique et la feuille de cuivre pour former CuAlO₂ ou Cu(AlO₂)₂. Sous l'action de cette phase intermédiaire, la feuille de cuivre se lie à la matrice. L'AlN étant une céramique non oxydée, la clé du dépôt de cuivre sur sa surface réside dans la formation d'une couche de transition d'Al₂O₃, permettant une liaison efficace entre la feuille de cuivre et la céramique de base grâce à cette couche.
Collage direct à l'aluminium (DAB)
La méthode de revêtement direct à l'aluminium exploite la bonne mouillabilité de l'aluminium sur la céramique à l'état liquide pour assurer leur liaison. Lorsque la température dépasse 660 °C, l'aluminium solide se liquéfie. Après que l'aluminium liquide a mouillé la surface de la céramique, la baisse de température provoque la cristallisation et la croissance des germes cristallins formés par l'aluminium présent à la surface de la céramique. Le refroidissement à température ambiante permet l'assemblage des deux matériaux. En raison de sa forte réactivité, l'aluminium s'oxyde facilement à haute température, formant un film d'Al₂O₃ à sa surface. Ce film réduit considérablement la mouillabilité de l'aluminium liquide sur la céramique et rend la liaison difficile. Il est donc nécessaire de l'éliminer avant la liaison ou de réaliser cette dernière sous atmosphère inerte. Peng Rong et al. [23,27] ont utilisé la méthode de moulage sous pression en moule graphite pour déposer de l'aluminium fondu pur sur des substrats d'Al₂O₃ et d'AlN sous pression. En raison de sa faible fluidité, le film d'Al₂O₃ est resté dans la cavité du moule. Après refroidissement, un substrat DAB bien adhérent a été obtenu.
Cuivre plaqué direct (DPC)
La méthode des couches minces est un procédé qui utilise principalement le dépôt physique en phase vapeur (comme l'évaporation sous vide, la pulvérisation cathodique magnétronique, etc.) et d'autres techniques pour former une couche métallique sur la surface de la céramique, puis le masquage, la gravure et d'autres opérations pour former une couche de circuit métallique. Parmi ces procédés, le dépôt physique en phase vapeur est le procédé de fabrication de couches minces le plus courant.
Date de publication : 16 juillet 2025