การเคลือบโลหะของพื้นผิวเซรามิก: ใครคือนักรบหกเหลี่ยมที่แท้จริง?

1 บทนำ

วัสดุเซรามิกเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะ-ชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นจากสารประกอบธรรมชาติหรือสารสังเคราะห์ผ่านการขึ้นรูปและการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง- มีข้อได้เปรียบ เช่น จุดหลอมเหลวสูง ความแข็งสูง และความต้านทานการสึกหรอสูง และสามารถใช้เป็นวัสดุโครงสร้างและวัสดุเชิงหน้าที่ ซึ่งให้โอกาสการใช้งานในวงกว้าง [1] การเผาวัสดุเซรามิกเป็นกระบวนการหลักที่ผงวัตถุดิบที่เป็นของแข็งหนึ่งหรือหลายผงผ่านการขนส่งวัสดุภายใต้-การให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้ผงรวมตัวกันและมีความหนาแน่น โดยทั่วไปกระบวนการนี้จะใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายสิบชั่วโมง การเผาผนึกด้วยตาเปล่าแสดงให้เห็นว่ามีความหนาแน่นและความแข็งแรงเพิ่มขึ้น โดยพื้นฐานแล้ว มันเป็นพลังงานที่ลดลงจากพลังงานพื้นผิวของอนุภาคไปเป็นพลังงานเชื่อมต่อ ซึ่งขับเคลื่อนโดยการแพร่กระจายของอะตอมภายใต้การไล่ระดับศักย์ทางเคมีที่ตำแหน่งต่างๆ และเมื่อมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ พลังงานดังกล่าวจะแสดงออกมาว่าเป็นการกำจัดรูพรุนระหว่างเมล็ดข้าว [2]

2 กระบวนการเคลือบโลหะ

2.1 การเคลือบโลหะด้วยทองแดงชุบโดยตรง

ในกระบวนการชุบโลหะด้วยทองแดงโดยตรง (DPC) หลังจากที่ซับสเตรตถูกเจาะด้วยเลเซอร์-และทำความสะอาดอย่างทั่วถึง ชั้นเมล็ดจะสะสมอยู่บนพื้นผิวเซรามิกที่แห้งและสะอาด จากนั้นจึงติดฟิล์มแห้ง ตามด้วยการพัฒนาและการสัมผัส จากนั้นจึงทำการชุบด้วยไฟฟ้าเพื่อสร้างวงจรโลหะที่ต้องการ หลังจากนั้น ฟิล์มแห้งและชั้นเมล็ดส่วนเกินจะถูกเอาออก และโลหะที่ไม่ใช้งาน-จะถูกเคลือบบนพื้นผิวทองแดงเพื่อปกป้องชั้นทองแดงสำหรับกระบวนการบัดกรีในภายหลัง

แม้ว่าพื้นผิวเซรามิก DPC จะมีข้อดี เช่น การนำความร้อนสูง ความแม่นยำของวงจรสูง และปริมาณบรรจุภัณฑ์ที่ลดลงผ่านการเชื่อมต่อผ่านรู- โดยทั่วไปแล้วความหนาของชั้นทองแดงจะถูกจำกัดไว้ที่ไม่เกิน 150 μm เนื่องจากข้อจำกัดของกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า ในปัจจุบัน เทคโนโลยี DPC ถูกนำมาใช้เป็นหลักในการบรรจุหลอด LED กำลังสูง- ในการใช้งาน-ความร้อน-สูง เช่น ไฟ LED ความสว่างสูง - และไฟ LED อัลตราไวโอเลตลึก - ไม่เพียงแต่เป็นสารตั้งต้นที่มีการนำความร้อน-สูง-ซึ่งจำเป็นสำหรับการกระจายความร้อนที่ด้านหลัง แต่วัสดุบรรจุภัณฑ์ด้านหน้า-ยังต้องคำนึงถึงความเสถียรและความน่าเชื่อถือทางความร้อนด้วย วัสดุบรรจุภัณฑ์เรซินแบบดั้งเดิมมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพและเสียหายได้ภายใต้แสงอัลตราไวโอเลตและอุณหภูมิสูง ดังนั้น การวิจัยในปัจจุบันยังมีแนวโน้มที่จะใช้วัสดุอนินทรีย์หรือโลหะ เช่น ดินขาว นิกเกิล และทองแดง เพื่อสร้างโครงสร้างเขื่อนบนพื้นผิว DPC รวมกับการห่อหุ้มควอตซ์แบบโปร่งใส เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ [3]

ในปัจจุบัน กระบวนการชุบโลหะทองแดงโดยตรงได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ก็ยังประสบปัญหาต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพต่ำ การบรรจุ-ไม่ดี และความคล่องตัวในการอาบน้ำไม่ดี ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ การเติมผ่าน-ที่ไม่ดีอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพ ความเสถียร และความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ เหตุผลก็คือในระหว่างการชุบด้วยไฟฟ้า ทองแดงมีแนวโน้มที่จะสะสมบนพื้นผิว via ได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้ via ปิดก่อนที่ด้านในจะเต็มจนเต็ม และท้ายที่สุดก็ก่อให้เกิดช่องว่างภายใน via คุณภาพของการชุบด้วยไฟฟ้าผ่านการเติมจะขึ้นอยู่กับกระแสการชุบและสูตรสารเติมแต่ง การปรับองค์ประกอบสารละลายการชุบให้เหมาะสมและพารามิเตอร์กระบวนการเสริมสามารถปรับปรุงได้ผ่าน-คุณภาพการบรรจุ

นอกจากนี้ พื้นผิวเซรามิก DPC อาจประสบปัญหาในระหว่างการชุบด้วยไฟฟ้า รวมถึงเวลาในการชุบนานเกินไป ความหนาของการเคลือบไม่-สม่ำเสมอ และความเค้นตกค้างในระดับมหภาคภายในการเคลือบ ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ ความเค้นตกค้างที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการแตกร้าวหรือการบิดงอของสารเคลือบ และการสะสมของความเค้นตกค้างภายในชั้นทองแดงอาจส่งผลต่อเสถียรภาพทางความร้อนของพื้นผิวเซรามิก [4]

2.2 วิธีทองแดงผูกมัดโดยตรง

เทคโนโลยีทองแดงเชื่อมโดยตรง (DBC) บุกเบิกครั้งแรกโดย Burgess และคณะ ในปี พ.ศ. 2516 [5]. หลักการพื้นฐานของมันคือชั้นออกไซด์บนพื้นผิวฟอยล์ทองแดงจะเกิดการหลอมยูเทคติก Cu-O ที่อุณหภูมิสูง สารหลอมนี้มีคุณสมบัติในการเปียกที่ดีเยี่ยม และที่อุณหภูมิยูเทคติก 1,065 องศา สามารถยึดเกาะพื้นผิวเซรามิกกับฟอยล์ทองแดงที่ไม่ทำปฏิกิริยาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ถึงการยึดเกาะที่แข็งแกร่งหลังจากการทำความเย็นและการแข็งตัว

ใกล้ 1,065 องศา เฟสยูเทคติก Cu–O ก่อตัว เนื่องจากจุดหลอมเหลวของทองแดงบริสุทธิ์อยู่ที่ 1,083 องศา พันธะยูเทคติกจึงต้องดำเนินการในช่วงอุณหภูมิ 1,065 องศาถึง 1,083 องศา โดยการทำงานจริงส่วนใหญ่จะเข้มข้นระหว่าง 1,070 องศาถึง 1,075 องศา ในระหว่างการทำความเย็น ออกซิเจนอิ่มตัวยวดยิ่งในยูเทคติก Cu–O จะตกตะกอนเป็น Cu₂O; ในเซรามิก Al₂O₃ หรือ AlN ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเพิ่มเติม เช่น CuAlO₂ และ CuAl₂O₄ อาจปรากฏขึ้นเช่นกัน [5] การก่อตัวของของเหลวยูเทคติกและปริมาณออกซิเจนมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพการยึดเกาะ เนื่องจากอัตราการแพร่กระจายของออกซิเจนในทองแดงที่หลอมละลายนั้นต่ำมาก (10⁻⁵ cm²/s) จึงเป็นเรื่องยากที่จะให้ออกซิเจนเพียงพอในระหว่างกระบวนการเชื่อมติด ดังนั้น โดยทั่วไป-การเกิดออกซิเดชันล่วงหน้าของฟอยล์ทองแดงจะดำเนินการเพื่อสร้าง Cu₂O บนพื้นผิวฟอยล์ทองแดงเพื่อส่งเสริมให้เกิดของเหลวยูเทคติก ปริมาณออกซิเจนในทองแดงยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความแข็งแรงของส่วนต่อประสาน ดังนั้นการควบคุมพารามิเตอร์นี้อย่างแม่นยำจึงเป็นส่วนสำคัญในการรับประกันประสิทธิภาพการยึดเกาะ [6]

กระบวนการเชื่อมทองแดงโดยตรงต้องใช้วัสดุพิมพ์เฉพาะสำหรับการใช้งาน การหลอมทองแดงบริสุทธิ์มีความสามารถในการเปียกของ Al₂O₃, AlN และ Si₃N₄ ได้ต่ำ โดยมีมุมสัมผัสเกิน 130 องศา ด้วยการเพิ่มความดันย่อยของออกซิเจนในระหว่างการติดและปริมาณออกซิเจนของทองแดงที่หลอมละลาย มุมสัมผัสบนพื้นผิว Al₂O₃ จะลดลงอย่างมาก [7] แม้ว่าความสามารถในการเปียกของ AlN จะสามารถปรับปรุงได้โดยการเพิ่มความดันย่อยของออกซิเจนระหว่างการติด การติดในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ หรือการขยายเวลาการติด แต่ผลกระทบก็มีจำกัดมาก [8] ดังนั้น โดยทั่วไป AlN จะถูกออกซิไดซ์ล่วงหน้า-เพื่อสร้างชั้นผิวของ Al₂O₃ จากนั้นจึงเชื่อมติดกันโดยใช้วิธีการข้างต้น อย่างไรก็ตาม ไม่มีวิธีการใดที่สามารถปรับปรุงความสามารถในการเปียกของทองแดงหลอมบน Si₃N₄ ได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นจึงไม่ค่อยมีการใช้ DBC กับ Si₃N₄

2.3 การประสานโลหะด้วยโลหะที่ใช้งานอยู่

ในอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ โมดูล SiC มีมูลค่าสูง อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิทางแยกของอุปกรณ์จ่ายไฟ SiC เพิ่มขึ้นถึง 250 องศา อุณหภูมิต่ำ-ความน่าเชื่อถือของวงจรของซับสเตรตเซรามิก DBC ภายใต้-สภาวะอุณหภูมิสูงจะจำกัดการใช้งาน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยได้พัฒนาพื้นผิวเซรามิก AMB (Active Metal Brazed)

ขั้นแรก ให้บัดกรีชั้นบางๆ ลงบนพื้นผิวเซรามิกที่สะอาด จากนั้นวางฟอยล์ทองแดงลงบนตัวบัดกรี และชุดประกอบจะถูกให้ความร้อนในสภาพแวดล้อมสุญญากาศที่ 800 องศาถึง 950 องศาเพื่อหลอมโลหะบัดกรี เมื่อเย็นลงจะเกิดข้อต่อที่แข็งแรงขึ้น ต่อไป การกัดแบบเปียกจะใช้เพื่อสร้างลวดลายโลหะเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการเชื่อมต่อไฟฟ้าของอุปกรณ์กำลังสูง-

เนื่องจากโลหะทั่วไปโดยทั่วไปมีความสามารถในการเปียกได้ไม่ดีบนพื้นผิวเซรามิก จึงมักใช้สารบัดกรีโลหะแบบแอคทีฟเพื่อปรับปรุงความสามารถในการเปียกและเพิ่มความแข็งแรงของข้อต่อ สารบัดกรีโลหะที่แอคทีฟประกอบด้วยธาตุโลหะที่แอคทีฟอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบ โดยที่ธาตุ Ti และแลนทาไนด์เป็นธาตุแอคทีฟหลักในปัจจุบัน สารบัดกรีแบบแอคทีฟที่ใช้กันทั่วไปในกระบวนการ AMB ได้แก่ ระบบ Sn–Ag–Ti และ Ag–Cu–Ti โดยที่ Ti ทำหน้าที่เป็นโลหะแอคทีฟเพื่อปรับปรุงความสามารถในการเปียกระหว่างตัวบัดกรีและเซรามิก ในขณะที่ Sn และ Ag ทำหน้าที่ลดจุดหลอมเหลวและปรับปรุงการนำความร้อนของข้อต่อ

อย่างไรก็ตาม กระบวนการ AMB จะต้องดำเนินการภายใต้สภาวะสุญญากาศสูงหรือบรรยากาศที่มีการป้องกัน ซึ่งจะจำกัดความสามารถในการบังคับใช้กระบวนการ เพื่อเอาชนะข้อจำกัดนี้ นักวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยี Reactive Air Brazing (RAB) ซึ่งสามารถดำเนินการได้ในอากาศ โลหะตัวเติมสำหรับการบัดกรีแข็งที่ใช้ใน RAB ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะมีตระกูล (เช่น โลหะผสม Ag, Ag–Pd) และโลหะออกไซด์ (เช่น CuO, V₂O₅ [9], Nb₂O₅, SiO₂ และ Al₂TiO₅) จึงทำให้ข้อต่อมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดี ในระหว่าง RAB โลหะออกไซด์สามารถเกาะติดและทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของซับสเตรตเซรามิก ช่วยเพิ่มความสามารถในการเปียกของซับสเตรตเซรามิกผ่านการทำงานร่วมกันของโลหะตัวเติมหลอมเหลวและส่วนต่อประสาน ในขณะเดียวกัน ความเหนียวที่ดีของโลหะมีตระกูลจะช่วยบรรเทาความเครียดจากความร้อนภายในข้อต่อ และการเติมออกไซด์ของโลหะจะช่วยลดความเค้นตกค้างที่เกิดจากความไม่ตรงกันของ CTE ระหว่างข้อต่อและเมทริกซ์เซรามิก

การประสานโลหะด้วยโลหะแบบแอคทีฟมีข้อได้เปรียบ เช่น อุปกรณ์และกระบวนการที่เรียบง่าย มีความน่าเชื่อถือสูง และไม่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับประเภทซับสเตรตเซรามิก ทำให้เป็นกระบวนการเคลือบโลหะที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการใช้งาน-อุปกรณ์ที่มีกำลังสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง- จึงมีการกำหนดมาตรฐานที่สูงขึ้นในด้านคุณสมบัติทางกลและ-ความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานในระยะยาวของกระบวนการ AMB ซึ่งจำเป็นต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพและการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกัน วัสดุพิมพ์เซรามิก AMB ต้องเผชิญกับปัญหาคอขวดทางเทคนิคเช่นเดียวกันกับความแม่นยำของวงจรไม่เพียงพอเช่นเดียวกับวัสดุพิมพ์ DBC หากสามารถพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เพื่อให้ได้ความแม่นยำของวงจรเทียบได้กับกระบวนการ DPC พื้นผิวเซรามิก AMB คาดว่าจะเข้ามาแทนที่พื้นผิวอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันในอนาคต ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้งานที่ยอดเยี่ยม [4]

2.4 เลเซอร์-การเหนี่ยวนำโลหะ

ในกระบวนการเคลือบโลหะด้วยเลเซอร์- ลำแสงเลเซอร์จะถูกนำมาใช้เพื่อฉายรังสีเฉพาะอะลูมิเนียม-ที่มีซับสเตรตเซรามิก วัสดุเซรามิกที่ถูกฉายรังสีจะลดลงเหลืออะตอมของโลหะที่ถูกกระตุ้น จากนั้นนำสารตั้งต้นไปแช่ในสารละลายการชุบโดยไม่ใช้ไฟฟ้าซึ่งมี Cu²⁺ โดยที่อะตอมที่ถูกกระตุ้นจะส่งเสริมการลดลงของ Cu²⁺ และการสะสมของมันบนพื้นที่ที่ถูกฉายรังสี ทำให้เกิดรูปแบบวงจรโลหะ [10]

การชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้าเป็นกระบวนการรีดอกซ์แบบตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติที่ไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าภายนอก ไอออนของโลหะจะถูกรีดิวซ์ให้เป็นโลหะแข็งโดยใช้ตัวรีดิวซ์ทางเคมีในสารละลาย [11] และพลังงานที่ขับเคลื่อนการรีดิวซ์นี้มาจากตัวรีดิวซ์ทางเคมีในสารละลาย โดยทั่วไปแล้ว ไอออนของโลหะในอ่างชุบจะไม่ลดลงตามธรรมชาติได้ง่าย และมักจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นตัวกลางเพื่อลดพลังงานกระตุ้นการเกิดนิวเคลียสของโลหะ เมื่ออนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นเรียบร้อยแล้ว -การสะสมของโลหะขนาดใหญ่ก็สามารถกระตุ้นได้

การเคลือบโลหะด้วยเลเซอร์-โดยทั่วไปจะดำเนินการกับอะลูมิเนียม-ที่มีซับสเตรตเนื่องจากการฉายรังสีด้วยเลเซอร์สามารถสร้างอะตอมอัลที่ถูกกระตุ้นได้ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของอะตอมอัลนั้นไม่เหมาะ และจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการสะสม

การออกแบบกระบวนการเคลือบโลหะด้วยเลเซอร์-มีความไวสูงต่อพารามิเตอร์ของเลเซอร์ คุณลักษณะของพื้นผิวเซรามิก และพารามิเตอร์กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า แม้ว่าเทคนิคนี้จะรวมความได้เปรียบด้านต้นทุนของการชุบด้วยไฟฟ้าด้วยทองแดงเข้ากับความแม่นยำของวงจรสูงของกระบวนการ LAM (การใช้เลเซอร์ช่วย-) แต่อุปกรณ์เลเซอร์ที่มีต้นทุนสูงและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการชุบโดยไม่ใช้ไฟฟ้ายังคงเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการนำเทคนิคนี้ไปใช้อย่างแพร่หลายต่อไป

ความหนา 2.5- การเคลือบโลหะของฟิล์ม

-การทำให้ฟิล์มโลหะหนาเกี่ยวข้องกับการสกรีน-การพิมพ์ชั้นโลหะสำหรับการปิดผนึก ตัวนำ (การเดินสายไฟในวงจร) ตัวต้านทาน ฯลฯ ลงบนพื้นผิวเซรามิก ตามด้วยการเผาผนึกเพื่อสร้างชั้นโลหะประสาน วงจร และจุดยึดตะกั่ว โดยทั่วไปแล้ว แผ่นฟิล์มหนา-จะประกอบด้วยผงโลหะที่มีขนาดอนุภาคประมาณ 1.5 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นสารยึดเกาะถาวรเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ และสารอินทรีย์ (รวมถึงตัวทำละลายอินทรีย์ สารเพิ่มความข้น สารลดแรงตึงผิว ฯลฯ) ซึ่งเตรียมโดยการบดและผสมลูกบอล โดยทั่วไปขั้นตอนของการทำให้ฟิล์มโลหะหนา-ประกอบด้วย: การออกแบบรูปแบบและการเตรียมงานศิลปะ การเตรียมแป้ง การพิมพ์สกรีน การอบแห้ง และการเผาผนึก [12]

การเคลือบโลหะด้วยฟิล์มหนา-ใช้หลักการพิมพ์สกรีน ขั้นแรก ชั้นโลหะที่จำเป็นสำหรับบรรจุภัณฑ์หรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวต้านทาน จะติดอยู่กับซับสเตรตเซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์ ขั้นต่อไป ชั้นโลหะและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์จะถูกเชื่อมเข้ากับพื้นผิวเซรามิกผ่านการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง- ทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่แน่นหนาระหว่างทุกส่วน กระบวนการนี้มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการเดินสายวงจร สารเคลือบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพการเคลือบโลหะของฟิล์มหนา- ส่วนประกอบส่วนใหญ่ประกอบด้วยผงโลหะ (1–5 ไมโครเมตร) แก้ว สารยึดเกาะ และสารอินทรีย์ที่ผสมโดยการโม่ลูกบอล [13]

วิธีการเคลือบโลหะด้วยฟิล์มหนา-ใช้ได้กับเซรามิกหลายประเภทและมีกระบวนการที่เรียบง่าย [14] อย่างไรก็ตาม เนื่องจากถูกจำกัดด้วยขนาดหน้าจอและกาวนำไฟฟ้า จึงเป็นเรื่องยากที่จะผลิตสายไฟที่มีความกว้างของเส้นต่ำกว่า 60 μm สมบัติทางไฟฟ้าและความแข็งแรงในการยึดเกาะของชั้นโลหะค่อนข้างต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความต้องการพลังงานและขนาดต่ำกว่าเท่านั้น สารเพสต์นำไฟฟ้าที่เหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับการเคลือบโลหะด้วยฟิล์มหนาของอะลูมิเนียมไนไตรด์-ยังค่อนข้างหายาก และสูตรยาพอกที่มีจำหน่ายในท้องตลาดก็ไม่สามารถนำมาใช้โดยตรงได้ มิฉะนั้นอาจเกิดการพองที่ส่วนต่อประสานได้ [15]

2.6 การเคลือบโลหะของฟิล์มบาง-

การเคลือบโลหะด้วยฟิล์มบาง-เป็นกระบวนการที่วัสดุโลหะถูกทำให้ระเหยและสะสมบนพื้นผิวเซรามิกโดยวิธีการสะสมไอทางกายภาพ เช่น การระเหยแบบสุญญากาศหรือการสปัตเตอร์เพื่อสร้างฟิล์มโลหะบาง ตามด้วยการมาสก์ การแกะสลัก และขั้นตอนอื่นๆ เพื่อสร้างรูปแบบวงจรที่เคลือบด้วยโลหะ

ตามทฤษฎี กระบวนการนี้สามารถสร้างฟิล์มโลหะที่มีขนาดสม่ำเสมอ-ระดับไมครอนบนพื้นผิววัสดุต่างๆ ผ่านการระเหยหรือการสปัตเตอร์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างเซรามิกและทองแดงที่เป็นโลหะ การสะสมของทองแดงโดยตรงบนเซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์ทำให้เกิดความเครียดขนาดใหญ่ระหว่างชั้นโลหะและเซรามิก ซึ่งส่งผลต่อความแข็งแรงการยึดเกาะของสารเคลือบกับเซรามิกและความเสถียรในการหมุนเวียนทางความร้อนของซับสเตรต ดังนั้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิธีการสะสมหลายชั้นจึงได้รับความนิยม โดยทั่วไปชั้นแรกจะเป็นชั้น Ti และชั้นที่สองจะถูกเลือกจากโลหะ เช่น Cu, Ag หรือ Au เมื่อสลิปการเคลื่อนที่และปฏิกิริยาในชั้นเดียวถูกถ่ายโอนไปยังอีกชั้นหนึ่งเนื่องจากความเค้นภายในขนาดใหญ่ ความเค้นภายในภายในชั้นโลหะก็บรรเทาลงเช่นกัน

การเคลือบโลหะด้วยฟิล์มบาง-ให้คุณภาพสูง การยึดเกาะที่แข็งแกร่ง การเคลือบที่สม่ำเสมอ และความละเอียดของลวดลายที่ละเอียด อย่างไรก็ตาม สามารถผลิตชั้นโลหะที่บางมากเท่านั้น และกระบวนการเตรียมการค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน รวมถึงการรักษาพื้นผิว การสะสมของโลหะ และ-การบำบัดหลัง ซึ่งต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการอย่างเข้มงวด ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตสูง และจำกัดการพัฒนาอย่างรุนแรง