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氧化铝基底掺杂用于激光诱导选择性金属化

DOI：10.1016/j.procir.2017.12.037 期刊：Procedia CIRP 出版年份：2018 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 激光诱导陶瓷选择性活化与金属化是一种新型的加法金属镀覆工艺，可在复杂三维陶瓷基体上实现精细金属线路或金属表面的制备。通过选择性激光活化预先对基体进行局部活化后，采用化学镀方式实现选择性金属沉积。该工艺主要受陶瓷基体材料、微观结构与光学特性、激光类型、激光工艺参数及金属化参数的影响。近期仅在使用氢气气氛烧结的含氧空位氧化铝基体上，通过绿光皮秒激光活化取得了积极效果。为能在空气中采用常规低成本烧结工艺，尝试通过掺杂不同氧化物进行成分改性——将2质量%的钕、锰、钐、铬、镍、铁、二氧化铈及锑掺杂氧化锡细颗粒，经混合球磨引入氧化铝基体。注浆成型样品经1500°C空气烧结后机加工，采用波长532nm、脉宽10ps的Nd:YVO4激光对抛光表面进行活化，并使用市售铜电解液实施化学镀。研究考察了微观结构特性、激光-物质相互作用及金属化效率。氧化铝基体掺杂锑掺杂氧化锡、铬、铁及氧化镍时，激光活化区域可实现优异金属化效果，这些掺杂剂能扩大可镀覆面积并绘制精细电路路径以实现微电子器件集成，其他添加剂则无效。掺杂剂触发的活化机制尚未完全明确，需分离鉴定各掺杂剂的单一作用机制，并进一步研究掺杂剂与激光活化对力学性能的影响。
作者： Philipp Ninz，Frank Kern，Eugen Ermantraut，Hagen Müller，Wolfgang Eberhardt，André Zimmermann，Rainer Gadow
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发一种基于氧化铝的烧结工艺（在空气中烧结），通过掺杂不同氧化物来调整成分以实现激光活化和后续化学镀，该工艺可由任何生产商无需额外投资即可制造。

研究成果

在氧化铝基板上掺杂锑掺杂氧化锡、氧化铬、氧化铁和氧化镍，可使激光活化区域实现极佳的金属化效果。这些掺杂剂能实现更大面积的电镀，并绘制精细电路路径以集成微电子器件。其他添加剂则无效。该研究成功确定了在激光处理后触发化学镀的合适添加剂。

研究不足

掺杂剂触发的激活机制尚未完全明了。需要分离并鉴定掺杂剂的单一机制。应研究掺杂剂和激光激活对机械性能的影响。

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