W dziedzinie energoelektroniki, urządzeń próżniowych, opakowań półprzewodników i nowego sprzętu energetycznego, technologia łączenia ceramiki-z-metalem jest kluczowym elementem zapewniającym wysoce niezawodne hermetyczne opakowania i efektywne zarządzanie temperaturą. Ponieważ ceramiki samej w sobie nie można lutować, w wyniku metalizacji ceramicznej na jej powierzchni należy utworzyć mocną, przewodzącą i lutowną warstwę metalu. W miarę jak urządzenia ewoluują w kierunku większej gęstości mocy, wyższej częstotliwości i mniejszych rozmiarów, stawiane są wyższe wymagania dotyczące wytrzymałości wiązania międzyfazowego, stabilności termicznej i mikroskopijnej jednorodności metalizowanej ceramiki, co napędza ciągłą ewolucję procesów metalizacji od tradycyjnego spiekania w-temperaturze do nisko-temperatury, przyjaznego dla środowiska i-precyzyjnego fizycznego osadzania z fazy gazowej.
Porównanie techniczne głównych metod metalizacji
Obecnie metody metalizacji ceramiki szeroko stosowane w przemyśle obejmują powlekanie bezprądowe, galwanizację, posrebrzanie/niklowanie, spiekanie Mo-Mn i technologię powlekania próżniowego, przy czym każda z nich ma swoje zalety i wady:
Bezprądowe powlekanie Ni-P nie wymaga zewnętrznego źródła zasilania i może utworzyć jednolitą powłokę na powierzchniach o złożonej geometrii. Jednakże warstwa folii i podłoże ceramiczne są głównie adsorbowane fizycznie, co skutkuje słabą adhezją (zazwyczaj<3 MPa). Furthermore, the plating solution is expensive, and the treatment of phosphorus-containing wastewater is difficult, making it difficult to meet high reliability requirements.
Chociaż poprzez galwanizację Ni można uzyskać powłoki-o niskim naprężeniu, jest on niezwykle wrażliwy na czystość procesu obróbki wstępnej, co łatwo prowadzi do defektów, takich jak pęcherze i wżery. Co więcej, ze względu na wpływ rozkładu pola elektrycznego, głębokie otwory lub obszary rowków w precyzyjnie metalizowanych elementach ceramicznych z aluminium często wykazują nierówne powlekanie, co skutkuje słabą równomierną wydajnością powlekania.
Metoda Ag(Ni), która obejmuje powlekanie zawiesiną, a następnie redukcję-w wysokiej temperaturze w celu utworzenia warstwy metalicznej, jest prosta i zapewnia dobrą przewodność. Jednakże warstwa Ag jest podatna na migrację jonów w wysokiej temperaturze, wysokiej wilgotności i polach elektrycznych prądu stałego, co prowadzi do uszkodzenia izolacji. Chociaż warstwa Ni ma niską ruchliwość, folia jest na ogół cienka, nieciągła i brakuje jej wystarczającej odporności na korozję.
The Mo-Mn sintering method, the most mature process, oxidizes Mn in an H₂-H₂O atmosphere and reacts it with the Al₂O₃ glass phase to form a manganese aluminum spinel transition layer, achieving high-strength bonding (>20 MPa). Wymaga jednak spiekania w wysokiej-temperaturze 1300–1500 stopni, co powoduje duże zużycie energii. Co więcej, gruboziarniste cząstki proszku Mo-Mn tworzą szorstką i nierówną warstwę, przez co nie nadaje się on do{{7}precyzyjnej obróbki elementów aluminiowo-ceramicznych.
Kluczowe czynniki wpływające na jakość metalizacji
1. Zgodność materiału folii: Idealny system metalizacji musi równoważyć przyczepność, przewodność i spawalność. Struktura kompozytowa Ni-Cu/Ag, ze względu na gradient współczynnika CTE, kompatybilność chemiczną i zdolność do blokowania dyfuzji Ag, stała się standardowym rozwiązaniem dla urządzeń o wysokiej-częstotliwości i-mocy.
2. Optymalizacja grubości folii: Zbyt cienka (<0.5 μm) films cannot form a continuous film, resulting in insufficient adhesion; too thick (>3 μm) folie zwiększają naprężenia wewnętrzne i zmniejszają plastyczność. Eksperymenty pokazują, że warstwa przejściowa Ni-Cu osiąga szczytową przyczepność międzyfazową przy 1,0–1,5 μm.
3. Substrate Pretreatment and Cleanliness: Micropores and contaminants on the Al₂O₃ surface significantly weaken adhesion. Standard procedures include ultrasonic cleaning and plasma activation to ensure a surface energy >72 mN/m, zapewniając czyste i aktywne podłoże do napylania katodowego.
Scenariusze zastosowań i przyszłe trendy
Moduły energoelektroniczne: Podłoża IGBT wykorzystują precyzyjną, zaawansowaną ceramiczną metalizację części z tlenku glinu o wysokiej czystości (HAMP), aby uzyskać połączenia o niskim oporze cieplnym poprzez metalizację przez rozpylanie.
Próżniowe urządzenia elektroniczne: Metalizowanie części ceramicznych w lampach o fali bieżącej (TWT) i magnetronach wymaga wysokiej hermetyczności; gęste, nie{0}}porowate powłoki napylane są lepsze od porowatych warstw spiekanych.
Urządzenia RF 5G: Znaczący efekt naskórkowości przy wysokich częstotliwościach wymaga wyjątkowo niskiej rezystancji powierzchniowej elektrody, co sprawia, że wierzchnia warstwa Ag jest niezbędna.
W przyszłości branża skupi się na trzech głównych kierunkach: po pierwsze, opracowaniu nowatorskich celów kompozytowych o gradiencie (takich jak W-Ni-Fe) w celu dalszego dopasowania CTE; po drugie, połączenie osadzania warstwy atomowej (ALD) w celu uzyskania kontroli interfejsu sub-nanometrowego; i po trzecie, promowanie sprzętu do napylania metodą „roll{3}}roll- (R2R) w celu zmniejszenia kosztów produkcji ceramiki metalizowanej na tlenku glinu.
Wniosek
Od spiekania wysokotemperaturowego Mo-Mn-po napylanie kompozytowe Ni-Cu/Ag – każdy krok naprzód w technologii metalizowanych komponentów ceramicznych o wysokiej-wytrzymałości wynika z dążenia do coraz wyższych granic wydajności. Wraz z szybkim rozpowszechnianiem się urządzeń półprzewodnikowych o szerokiej-przerwie wzbronionej, takich jak węglik krzemu i azotek galu, precyzyjna metalizowana ceramika nie jest już tylko nośnikiem połączeń, ale kluczowymi technologiami wspomagającymi, które decydują o ogólnej-elektrycznej-niezawodności mechanicznej systemów. Tylko poprzez ciągłą optymalizację systemów materiałowych i okien procesowych można chronić bezpieczeństwo i żywotność podstawowych urządzeń w ekstremalnych warunkach pracy.
Skontaktuj się z nami
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o zasadach projektowania folii, typowych trybach awarii lub oknach parametrów procesu rozpylaniaMetalizowana ceramika do elementów elektrycznych, skontaktuj się z nami. Udzielimy Państwu profesjonalnych informacji technicznych oraz doradztwa technicznego.
