substrát metalizovaných keramických komponentov: technické princípy, procesné cesty a aplikačná analýza

Ako kľúčový materiál v moderných elektronických obaloch dosahujú metalizované keramické substráty organickú kombináciu vlastností týchto dvoch materiálov pevným spojením kovového filmu s keramickým povrchom. Jeho štruktúra spája vysokú izoláciu a odolnosť keramiky voči vysokým teplotám s vynikajúcou elektrickou a tepelnou vodivosťou kovov, čo z nej robí základný nosič pre aplikácie, ako sú vysokovýkonné elektronické zariadenia, pokročilé optoelektronické zariadenia a vysoko-spoľahlivá automobilová elektronika. Nasledujúce bude systematicky rozpracovávať metalizované keramické substráty z rôznych dimenzií, ako sú technické princípy, hlavné procesy, výkonnostné charakteristiky a priemyselné aplikácie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Základom metalizovaných keramických substrátov je dosiahnuť vysokú{0}}pevnosť a spoľahlivé spojenie medzi dvoma heterogénnymi materiálmi, keramikou a kovom. Jeho základným princípom nie je jednoduché fyzické pripojenie, ale spolieha sa na chemickú väzbu a difúziu reakcie na rozhraní. Pretože keramika má nízku povrchovú energiu a je chemicky inertná, ťažko sa zmáča a spája s bežnými kovmi. Kľúčom k procesu je preto dosiahnutie metalurgickej väzby zavedením aktívnych prvkov (ako je titán, zirkónium) alebo vytvorením eutektickej kvapalnej fázy (ako je meď-kyslíkové eutektikum), čo spôsobí chemickú reakciu na rozhraní, aby sa vytvorila prechodná vrstva.

Typický metalizovaný keramický substrát má sendvičovú štruktúru: keramický substrát poskytuje mechanickú podporu a izoláciu, metalizovaná prechodová vrstva v strede realizuje spojenie a hrubá kovová vrstva (zvyčajne meď) na povrchu preberá funkcie elektrickej vodivosti, tepelnej vodivosti a zváracieho nosiča. Tento dizajn keramického-k{2}}kovu zásadne rieši problém tepelného namáhania spôsobený nesúladom koeficientu tepelnej rozťažnosti (CTE) medzi heterogénnymi materiálmi, čím výrazne zlepšuje dlhodobú-spoľahlivosť zariadenia pri teplotných cykloch.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Proces pokovovania je kľúčom k určeniu výkonu a ceny substrátu. V súčasnosti medzi hlavné technologické cesty patrí priame pokovovanie medi, technológia tenkých vrstiev a aktívne spájkovanie kovov.

Proces priameho pokovovania medi (DBC). Tento proces sa uskutočňuje pri vysokej teplote (asi 1065 stupňov) a v presne kontrolovanej atmosfére s nízkym parciálnym tlakom kyslíka, čo spôsobuje, že na povrchu medenej fólie a keramiky (ako je oxid hlinitý alebo nitrid hliníka) prebieha eutektická reakcia. Jeho jadrom je vytvorenie vrstvy eutektickej kvapalnej fázy Cu/O, ktorá môže zvlhčiť keramiku a reagovať s ňou za vzniku stabilnej prechodovej vrstvy (ako je CuAlO₂). Výhodou procesu DBC je, že medená vrstva je hrubá (až 300 μm alebo viac) a má silné schopnosti -prenášať prúd a odvádzať teplo-. Je veľmi vhodný pre scenáre s vysokým{8}}výkonom, ako sú moduly IGBT pre elektrické vozidlá.

 

Proces tenkého filmu a galvanického pokovovania (DPC). Tento proces najskôr vytvorí nanometrovú vrstvu kovových zárodkov (ako je Ti/Cu) na keramike pomocou technológie fyzického nanášania pár (PVD), ako je magnetrónové naprašovanie, a potom zahustí medenú vrstvu pomocou vzorovaného galvanického pokovovania. Výnimočnými výhodami procesu DPC sú jeho vysoká presnosť vzoru (šírka čiar/rozstup až 20 μm) a jeho nízko{3}}teplotný proces, ktorý zabraňuje poškodeniu materiálov tepelným stresom spôsobeným vysokými teplotami. Je obzvlášť vhodný na výrobu presných keramických komponentov z metalizovaného oxidu hlinitého a je široko používaný v rádiofrekvenčných zariadeniach a optických komunikačných moduloch, ktoré vyžadujú vysokú hustotu zapojenia.

 

Proces aktívneho spájkovania kovov (AMB). Proces AMB využíva spájku obsahujúcu aktívne prvky ako titán a zirkónium, ktorá sa zahrieva vo vákuovej peci nad bod topenia spájky. Aktívne prvky chemicky reagujú s keramickým povrchom a vytvárajú tenkú vrstvu, ktorá je zmáčateľná spájkou, čím sa dosahuje vysokopevnostné spojenie medzi keramikou a kovom (zvyčajne hrubá meď). Proces AMB má extrémne vysokú pevnosť spoja a je obzvlášť vhodný na výrobu vysoko čistých precíznych pokročilých keramických metalizačných dielov z oxidu hlinitého, ako aj do oblastí s mimoriadne prísnymi požiadavkami na spoľahlivosť, ako sú meniče hlavného pohonu pre nové energetické vozidlá.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vynikajúce schopnosti tepelného manažmentu: Keramické substráty, najmä nitrid hliníka (AlN), majú vynikajúcu tepelnú vodivosť (až 180 W/m·K) a dokážu efektívne odvádzať teplo generované čipom. Jeho koeficient tepelnej rozťažnosti zodpovedá koeficientu polovodičových čipov (ako je Si, SiC), čo výrazne znižuje namáhanie tepelného cyklu a predlžuje životnosť spájkovaného spoja.

Vynikajúce elektrické a mechanické vlastnosti: Samotná keramika má vysokú dielektrickú pevnosť a nízku dielektrickú stratu a medená vrstva vytvorená metalizovanou keramikou na povrchu poskytuje vodivý kanál s nízkym-odporom. Táto kombinácia zaisťuje, že zariadenie pracuje stabilne pri vysokej frekvencii a vysokom napätí. Metalizovaný keramický substrát má zároveň vysokú mechanickú pevnosť, rozmerovú stálosť, odolnosť proti korózii a dokáže sa prispôsobiť drsnému prostrediu.

Flexibilita dizajnu a výroby: Rôzne procesy metalizovanej keramiky poskytujú rôzne možnosti dizajnu. Od vysokej prúdovej-kapacity DBC, po vysoko{2}}presné zapojenie DPC až po ultra-vysokú spoľahlivosť AMB, inžinieri si môžu vybrať optimálne riešenie Alumina Metallized Ceramics na základe špecifických elektrických, tepelných, mechanických a nákladových požiadaviek. To kladie základ pre dizajn a zákazkovú výrobu presnej metalizovanej keramiky.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zameriavame sa na poskytovanie vysokej{0}}kvalitymetalizované keramické komponenty, služby presného obrábania a zaviazali sme sa vytvárať-výkonnú metalizovanú keramiku z hliníka pre elektrické komponenty pre našich zákazníkov. Či už ide o štandardné prispôsobenie substrátu alebo komplexné presné spracovanie metalizovanej keramiky, dokážeme poskytnúť profesionálne riešenia od návrhu až po hotové výrobky, ktoré vašim výrobkom pomôžu dosiahnuť prelomové prielomy v oblastiach s vysokou-presnosťou.