В областта на силовата електроника, вакуумните устройства, полупроводниковите опаковки и новото енергийно оборудване технологията за свързване на керамика-към-метал е основен компонент за постигане на високонадеждно херметично опаковане и ефективно управление на топлината. Тъй като керамиката сама по себе си не подлежи на запояване, върху повърхността й трябва да се образува здрав, проводим и спояващ се метален филм чрез керамична метализация. Тъй като устройствата се развиват към по-висока плътност на мощността, по-висока честота и по-малък размер, се поставят по-високи изисквания към здравината на междинно свързване, термичната стабилност и микроскопичната еднородност на метализираната керамика, което води до непрекъснатото развитие на процесите на метализация от традиционно високо-температурно синтероване до ниско-температурно, екологично и високо-прецизно физическо отлагане на пари.
Техническо сравнение на основните методи за метализация
Понастоящем методите за керамична метализация, които се използват широко в промишлеността, включват електролитно покритие, галванично покритие, сребърно/никелово покритие, синтероване на Mo-Mn и технология за вакуумно покритие, всяка със своите предимства и недостатъци:
Безелектрическото Ni{0}}P покритие не изисква външен източник на захранване и може да образува равномерно покритие върху сложни геометрични повърхности. Въпреки това, филмовият слой и керамичният субстрат са основно физически адсорбирани, което води до слаба адхезия (обикновено<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.
Въпреки че галванопластиката с Ni може да постигне покрития с ниско-напрежение, тя е изключително чувствителна към чистотата на процеса на предварителна обработка, което лесно води до дефекти като образуване на мехури и вдлъбнатини. Освен това, поради влиянието на разпределението на електрическото поле, зоните с дълбоки дупки или жлебове в прецизните метализирани алуминиеви керамични компоненти често показват неравномерно покритие, което води до лошо равномерно покритие.
Методът Ag(Ni), който включва нанасяне на суспензия, последвано от редуциране на висока-температура за образуване на метален слой, е прост и предлага добра проводимост. Въпреки това, слоят Ag е склонен към йонна миграция при висока температура, висока влажност и DC електрически полета, което води до повреда на изолацията. Въпреки че Ni-слоят има ниска подвижност, филмът обикновено е тънък, прекъснат и няма достатъчна устойчивост на корозия.
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). Той обаче изисква високо{2}}температурно синтероване при 1300–1500 градуса, което води до висока консумация на енергия. Освен това, грубите частици на Mo-Mn прах водят до груб и неравен филм, което го прави неподходящ за високо-прецизна обработка на алуминиеви керамични части.
Основни фактори, влияещи върху качеството на метализацията
1. Съвместимост на филмовия материал: Идеалната система за метализация трябва да балансира адхезията, проводимостта и заваряемостта. Композитната структура Ni-Cu/Ag, благодарение на нейния градиент на CTE, химическа съвместимост и способност да блокира дифузията на Ag, се превърна в стандартно решение за високо-честотни, високо-мощни устройства.
2. Оптимизиране на дебелината на филма: Твърде тънък (<0.5 μm) films cannot form a continuous film, resulting in insufficient adhesion; too thick (>3 μm) филмите увеличават вътрешното напрежение и намаляват пластичността. Експериментите показват, че преходният слой Ni-Cu достига своята максимална междинна адхезия при 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, осигурявайки чист и активен субстрат за разпръскване.
Сценарии за приложение и бъдещи тенденции
Силови електронни модули: IGBT субстратите използват усъвършенствани керамични метализиращи части (HAMPs) с висока чистота на алуминиев оксид за постигане на връзки с ниско термично съпротивление чрез разпръскваща метализация.
Вакуумни електронни устройства: Метализираните керамични части в тръбите с пътуваща вълна (TWT) и магнетроните изискват висока херметичност; плътните, непорьозни напръскани филми са по-добри от порестите синтеровани слоеве.
5G RF устройства: Значителният скин ефект при високи честоти налага изключително ниско повърхностно съпротивление на електрода, което прави горния слой Ag незаменим.
В бъдеще индустрията ще се фокусира върху три основни посоки: първо, разработване на нови градиентни композитни цели (като W-Ni-Fe) за по-нататъшно съответствие на CTE; второ, комбиниране на отлагане на атомен слой (ALD) за постигане на под-нанометров контрол на интерфейса; и трето, насърчаване на оборудване за разпръскване от roll{3}}to-roll (R2R) за намаляване на производствените разходи на алуминиева метализирана керамика.
Заключение
От високотемпературното синтероване на Mo-Mn- до композитното разпръскване на Ni-Cu/Ag, всеки скок напред в технологията за метализирани керамични компоненти с висока-якост произтича от преследването на все по-високи граници на производителност. С бързото разпространение на широко-широколентови полупроводникови устройства като силициев карбид и галиев нитрид, прецизната метализирана керамика вече не е просто свързваща среда, а ключови технологии, които определят цялостната термична-електрическа-механична надеждност на системите. Само чрез непрекъснато оптимизиране на материалните системи и процесните прозорци безопасността и продължителността на живота на основните устройства могат да бъдат защитени при екстремни работни условия.
Свържете се с нас
Ако искате да научите повече за принципите на дизайна на филма, типичните режими на повреда или прозорците на параметрите на процеса на разпрашаване наМетализирана керамика за електрически компоненти, моля свържете се с нас. Ние ще ви предоставим професионална техническа информация и съвети за инженерна поддръжка.
