В напредналото производство керамиката, със своята превъзходна изолация, висока топлопроводимост, устойчивост на висока температура и устойчивост на корозия, се превърна в незаменими ключови материали в -индустрии от висок клас като електроника, космическа техника и медицина. Въпреки това, присъщата не-проводимост на керамиката ограничава прякото им приложение във верижни връзки, опаковки и структури за свързване. За да се реши този проблем, се появи технологията за метализирани керамични компоненти, която служи като мост между световете на керамиката и метала и постига перфектно сливане на предимствата на двата материала.
Метализираната керамика се отнася до образуването на плътен, равномерен и здраво свързан метален филм или покритие върху повърхността на керамичен субстрат чрез физични или химични методи, което му придава проводимост, спойка и способност за свързване с метални компоненти. Тази технология не само запазва отличните свойства на керамичния субстрат, но също така му придава функциите на проводимост и свързване на метала и се използва широко в захранващи модули, полупроводникови опаковки, вакуумни устройства, сензори и високо-надеждни електронни компоненти.
Осъществяването на керамична метализация разчита на ефективното свързване между металния и керамичния интерфейс. Неговите основни принципи могат да бъдат широко категоризирани в два типа: методи на химическа реакция и физическо отлагане на пари (PVD).
Методите за химическа реакция основно генерират метализиращ слой върху керамичната повърхност чрез високо-температурно синтероване или реакции на химична редукция. Типичен пример е методът Mo-Mn и неговите подобрени процеси. Този метод смесва метални прахове или оксиди на молибден (Mo) и манган (Mn), за да образува суспензия, която след това се отпечатва върху керамичната повърхност и се синтерова при 1400 градуса –1600 градуса в редуцираща атмосфера (като водород). По време на този процес Mn действа като активатор, насърчавайки омокрянето и дифузията на интерфейса керамика-към-метал, образувайки силна химическа връзка. Освен това активното спояване на метал (AMB) също попада в тази категория. Той използва спойка, съдържаща активни елементи като Ti и Zr, която реагира с керамичната повърхност по време на нагряване, за да генерира преходен слой с метални свойства, постигайки директна връзка между керамиката и метала.
Физическото отлагане на пари (PVD) е метод, който използва магнетронно разпрашване или вакуумно изпаряване във вакуумна среда за изпаряване и отлагане на метални атоми върху керамична повърхност, образувайки метални филми с нано- до микрон-размер. Този метод включва ниски температури на обработка (обикновено под 300 градуса), произвеждащи равномерни филми с висока-чистота, което го прави подходящ за високо-прецизни, силно интегрирани микроелектронни устройства. Обичайните отложени метали включват титан (Ti), хром (Cr), никел (Ni) и мед (Cu), като Ti и Cr служат като преходни слоеве за значително подобряване на адхезията на метализираната керамика.
Процесът на метализирана керамика е сложен и прецизен, като обикновено включва следните ключови стъпки:
Предварителна обработка на субстрата: Първо, керамичният субстрат се подлага на прецизно почистване с помощта на ултразвукови или мегазвукови почистващи техники за отстраняване на повърхностно масло, спомагателни вещества за синтероване и замърсители от частици, осигурявайки чистота на повърхността. Впоследствие се извършват обработки за повърхностно активиране, като плазмено ецване или химическо третиране, за подобряване на грапавостта и активността на повърхността, осигурявайки "котвени" структури за адхезия на металния слой.
Подготовка на метализиращия слой: Подходящ метод за метализиране се избира въз основа на изискванията на приложението. При процесите с дебел-слой металната паста се нанася върху керамичната повърхност чрез ситопечат; за процеси с тънък-слой, зародишният слой се отлага чрез PVD технология. Този етап изисква строг контрол на дебелината на покритието, еднородността и съотношението на състава, за да се гарантира стабилността на последващите процеси на усъвършенствани керамични метализирани части с висока чистота на алуминиев оксид.
Моделиране и удебеляване: На базата на началния слой, моделите на вериги се дефинират с помощта на фотолитография, маскиране или техники за лазерно ецване. След това проводящите метали като медта се удебеляват с помощта на процеси на галванопластика, за да образуват проводими пътища, които отговарят на изискванията за пренос на ток. Технологията DPC (директно медно покритие) е представителен пример, позволяващ високо-прецизно окабеляване с ширина на линиите от 20–30 μm.
Термична обработка и синтероване: Метализираната керамика се подлага на високо-температурно синтероване или отгряване, за да се насърчи уплътняването на металните частици и да се подобри здравината на свързване на алуминиева метализирана керамика. Някои високо{2}}надеждни продукти изискват вторично синтероване в суха водородна атмосфера за допълнително подобряване на стабилността на интерфейса.
Пост{0}}обработка и тестване: След като прецизната метализирана керамика е метализирана, тя трябва да бъде почистена с три нива чиста вода, изсушена под вакуум и подложена на тест за якост на свързване, тест за проводимост и тест за термичен цикъл, за да се гарантира, че продуктът отговаря на изискванията за херметичност, устойчивост на корозия и дългосрочна-надеждност.
С бързото развитие на 5G комуникации, нови енергийни превозни средства, интелигентни мрежи и високо-медицинско оборудване, търсенето на високо-енергийни, силно интегрирани и високонадеждни електронни опаковъчни материали нараства ежедневно. Технологията за алуминиева метализирана керамика за свързване, с отличните си възможности за управление на топлината, електрическа изолация и структурна стабилност, се превърна в ключова поддържаща технология за основни компоненти като захранващи модули, IGBT субстрати, вакуумни прекъсвачи, рентгенови тръби и CT детектори.
Независимо дали става дума за метализирани керамични обвивки за силова електроника или за високо-прецизна метализация на алуминиева керамика за сензори, тази технология непрекъснато стимулира дълбоката интеграция на науката за материалите и производствените процеси. В бъдеще, с подобрена прецизност на процеса и разработването на нови материални системи, керамичната метализация ще играе незаменима роля в по-екстремни среди и сценарии с по-висока-производителност.
Често задавани въпроси
Q:Как се оценява адхезията на метализиращия слой за метализирана керамика с алуминиев оксид?
A: Основно се определя количествено чрез тестове за якост на срязване и издърпване; Приложенията с висока-надеждност обикновено изискват якост на срязване, по-голяма или равна на 20 MPa. Освен това устойчивостта на термична умора се проверява чрез тестове за термичен цикъл (напр. 500 цикъла от -55 градуса до +150 градуса).
Q:Може ли Mo-Mn алуминиев оксид метализирана индустриална керамика да бъде запоена след метализиране?
A:да Метализиращият слой (като Mo-Mn+Ni или директно Ni/Au покритие) предлага добра спойка, което позволява запояване към проводници или корпуси с помощта на калай-олово или безоловно-припой. Препоръчително е да контролирате температурата на запояване между 280 градуса и 300 градуса за не повече от 5 секунди, за да предотвратите намаляване на адхезията.
Q:Как се осигурява последователност на партидите за персонализирана алуминиева керамика?
A: Ключовите контролни точки включват инспекция на партиди на керамични субстрати, проверка на вискозитета на пасти за метализация, периодично калибриране на температурните профили на пещта за синтероване и 100% електрически тест на готовите продукти. За всяка партида се предоставят изчерпателни доклади от инспекции и записи за проследяване.
свържете се с нас
Ако имате технически нужди за висока-прецизност, висока-надеждностМетализирана керамика за електричествоили се интересувате от персонализирано разработване, моля свържете се с нас. Ние ще ви предоставим професионални материални решения и инженерна поддръжка.
