Spēka elektronikas, vakuuma ierīču, pusvadītāju iepakojuma un jaunu enerģijas iekārtu jomā keramikas{0}}un-metāla savienošanas tehnoloģija ir galvenā sastāvdaļa, lai panāktu ļoti uzticamu hermētisku iepakojumu un efektīvu siltuma pārvaldību. Tā kā keramika pati par sevi nav lodējama, uz tās virsmas ar keramikas metalizāciju jāveido spēcīga, vadoša un lodējama metāla plēve. Ierīcēm attīstoties, lai panāktu lielāku jaudas blīvumu, augstāku frekvenci un mazāku izmēru, tiek izvirzītas augstākas prasības metalizētās keramikas saskarnes savienojuma stiprībai, termiskajai stabilitātei un mikroskopiskai viendabīgumam, kas veicina nepārtrauktu metalizācijas procesu attīstību no tradicionālās augstas{4}}temperatūras saķepināšanas līdz zemas{5}}temperatūras, augstas iztvaikošanas un izkliedēšanas videi draudzīgai.
Vispārējo metalizācijas metožu tehniskais salīdzinājums
Pašlaik rūpniecībā plaši izmantotās keramikas metalizācijas metodes ietver bezelektronisko pārklājumu, galvanizāciju, sudraba/niķeļa pārklājumu, Mo{0}}Mn saķepināšanu un vakuumpārklāšanas tehnoloģiju, katrai no tām ir savas priekšrocības un trūkumi:
Bezvadu Ni{0}}P pārklājumam nav nepieciešams ārējs barošanas avots, un tas var veidot vienotu pārklājumu uz sarežģītām ģeometriskām virsmām. Tomēr plēves slānis un keramikas substrāts galvenokārt tiek fiziski adsorbēti, kā rezultātā ir vāja adhēzija (parasti<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.
Lai gan ar galvanizācijas Ni var iegūt zemu-spriegumu pārklājumus, tas ir ārkārtīgi jutīgs pret pirmapstrādes procesa tīrību, kas viegli izraisa tādus defektus kā pūslīšu veidošanos un bedrīšu veidošanos. Turklāt elektriskā lauka sadalījuma ietekmē dziļi caurumi vai rievu zonas precīzi metalizētās alumīnija keramikas detaļās bieži uzrāda nevienmērīgu pārklājumu, kā rezultātā ir slikta vienmērīga pārklājuma veiktspēja.
Ag(Ni) metode, kas ietver vircas pārklāšanu, kam seko augstas{0}}temperatūras samazināšana, lai izveidotu metālisku slāni, ir vienkārša un nodrošina labu vadītspēju. Tomēr Ag slānis ir pakļauts jonu migrācijai augstā temperatūrā, augsta mitruma apstākļos un līdzstrāvas elektriskajos laukos, kas izraisa izolācijas bojājumus. Lai gan Ni slānim ir zema mobilitāte, plēve parasti ir plāna, pārtraukta un tai nav pietiekamas izturības pret koroziju.
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). Tomēr tam ir nepieciešama augstas -temperatūras saķepināšana 1300–1500 grādu temperatūrā, kā rezultātā tiek patērēts liels enerģijas patēriņš. Turklāt Mo-Mn pulvera rupjās daļiņas veido raupju un nelīdzenu plēvi, padarot to nepiemērotu augstas-precizitātes alumīnija keramikas detaļu apstrādei.
Galvenie faktori, kas ietekmē metalizācijas kvalitāti
1. Plēves materiālu saderība: ideālai metalizācijas sistēmai ir jāsabalansē adhēzija, vadītspēja un metināmība. Ni-Cu/Ag kompozītmateriāla struktūra, pateicoties tās gradientam CTE, ķīmiskajai saderībai un spējai bloķēt Ag difūziju, ir kļuvusi par standarta risinājumu augstas-frekvences un lielas jaudas{4}}ierīcēm.
2. Plēves biezuma optimizācija: pārāk plāns (<0.5 μm) films cannot form a continuous film, resulting in insufficient adhesion; too thick (>3 μm) plēves palielina iekšējo spriegumu un samazina plastiskumu. Eksperimenti liecina, ka Ni-Cu pārejas slānis sasniedz maksimālo saskarnes adhēziju pie 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, nodrošinot tīru un aktīvu substrātu izsmidzināšanai.
Pielietojuma scenāriji un nākotnes tendences
Jaudas elektroniskie moduļi: IGBT substrātos tiek izmantotas augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda precīzas uzlabotas keramikas metalizācijas daļas (HAMP), lai ar izsmidzināšanas metalizāciju panāktu zemas termiskās pretestības savienojumus.
Vakuuma elektroniskās ierīces: keramikas detaļu metalizēšanai ceļojošo viļņu caurulēs (TWT) un magnetronos ir nepieciešama augsta hermētiskums; blīvas, ne{0}}porainas izsmidzinātās plēves ir pārākas par porainiem saķepinātajiem slāņiem.
5G RF ierīces: ievērojamam ādas efektam augstās frekvencēs ir nepieciešama ārkārtīgi zema elektrodu virsmas pretestība, tāpēc Ag augšējais slānis ir neaizstājams.
Nākotnē nozare koncentrēsies uz trim galvenajiem virzieniem: pirmkārt, jaunu gradienta saliktu mērķu (piemēram, W-Ni-Fe) izstrāde, lai tie atbilstu CTE; otrkārt, apvienojot atomu slāņa nogulsnēšanos (ALD), lai panāktu sub-nanometra saskarnes vadību; un treškārt, reklamējot ruļļ-to-izputināšanas (R2R) iekārtas, lai samazinātu alumīnija oksīda metalizētās keramikas ražošanas izmaksas.
Secinājums
No Mo-Mn augstas{1}}temperatūras saķepināšanas līdz Ni-Cu/Ag kompozītmateriālu izsmidzināšanai, katrs augstas-stiprības metalizēto keramikas komponentu tehnoloģijas solis uz priekšu ir saistīts ar vēlmi sasniegt arvien augstākas veiktspējas robežas. Strauji izplatoties platjoslas -pusvadītāju ierīcēm, piemēram, silīcija karbīdam un gallija nitrīdam, precīzi metalizēta keramika vairs nav tikai savienojuma līdzeklis, bet arī galvenās iespējojošās tehnoloģijas, kas nosaka sistēmu kopējo termisko-elektrisko-mehānisko uzticamību. Tikai nepārtraukti optimizējot materiālu sistēmas un procesu logus, var aizsargāt galveno ierīču drošību un kalpošanas laiku ekstremālos darbības apstākļos.
Sazinieties ar mums
Ja vēlaties uzzināt vairāk par plēves projektēšanas principiem, tipiskiem atteices režīmiem vai izsmidzināšanas procesa parametru logiemMetalizēta keramika elektriskajām sastāvdaļām, lūdzu, sazinieties ar mums. Mēs sniegsim jums profesionālu tehnisko informāciju un inženiertehniskā atbalsta konsultācijas.
