Pārskats par galvenajiem metalizācijas procesiem un keramikas siltumnesēju substrātu pielietojumiem

Elektroniskajām tehnoloģijām virzoties uz lielāku jaudas blīvumu, augstāku frekvenci un miniaturizāciju, siltuma pārvaldība ir kļuvusi par galveno faktoru, kas ierobežo sistēmas veiktspēju un uzticamību. Keramikas pamatnes ar lielisko siltumvadītspēju, elektrisko izolāciju, augstu temperatūras pretestību un termiskās izplešanās atbilstības raksturlielumiem ir kļuvušas par būtiskām spēka pusvadītāju un augstākās klases elektronisko iepakojumu nesējām. Īpaši ar galveno procesu, piemēram, alumīnija metalizācijas, atbalstu keramikas materiāli var pārveidoties no izolācijas materiāliem par ļoti uzticamām elektrisko savienojumu konstrukcijām, kam ir būtiska nozīme mūsdienu elektroniskajās sistēmās.

 

Pēc saķepināšanas keramikas pamatnēm ir jāveic metalizācija, lai izveidotu vadošu slāni, kas nodrošina elektriskos savienojumus starp mikroshēmu un ārējām ķēdēm. Pašreizējās galvenās tehnoloģijas var iedalīt divās galvenajās kategorijās: plakanā metalizācija un trīsdimensiju līdzapdedzinātā metalizācija. To vidū alumīnija keramikas metalizācijas process ir izveidojis nobriedušu pielietojuma pamatu spēka elektronikā, sakaru iekārtās un jaunos enerģijas transportlīdzekļos.

 

 

 

Plakanās keramikas substrāti parasti veido vadošus slāņus uz divu{0}}dimensiju virsmām, izmantojot tādas metodes kā izsmidzināšana, iztvaicēšana, galvanizācija vai ķīmiskā pārklāšana. Šis process ir nobriedis, rentabls un piemērots masveida ražošanai, padarot to par galveno risinājumu elektriskajām ierīcēm paredzētās metalizētās keramikas jomā.

 

1. DPC (Directly Plated Ceramic) process

DPC tehnoloģija, kuras pamatā ir pusvadītāju mikroražošana, nodrošina augstas{0}}precizitātes ķēžu izgatavošanu, izsmidzinot sēklas slāņus, pārnesot fotolitogrāfiskos rakstus un veicot galvanizācijas sabiezēšanu. Šī tehnoloģija var sasniegt smalkas līnijas 20–30 μm līmenī, piedāvājot ārkārtīgi augstu raksta izšķirtspēju un izlīdzināšanas precizitāti. Tajā pašā laikā tajā tiek izmantoti zemas temperatūras procesi, efektīvi izvairoties no termiskā stresa ietekmes uz materiāla struktūru.

 

DPC ir īpaši piemērots augstas{0}}integrācijas iepakošanas lietojumprogrammām, piemēram, LED iepakojumam, mikroelektroniskām ierīcēm un augsta-blīvuma starpsavienojumu moduļiem, un tas ir viens no galvenajiem tehnoloģiskajiem ceļiem precīzās metalizētās keramikas iegūšanai. Tomēr tā metāla slāņa biezums ir ierobežots, galvanizācijas viendabīguma kontrole ir sarežģīta, un procesa stabilitātei tiek izvirzītas augstas prasības.

 

2. DBC (Direct Copper Ceramic) process

DBC procesā tiek panākta metalurģiska saite starp varu un keramiku, izmantojot eitektisko reakciju augstās temperatūrās, kā rezultātā tiek iegūta ārkārtīgi augsta savienojuma izturība un lieliska siltumvadītspēja. Tā vara slāņa biezums svārstās plašā diapazonā (120–700 μm), kas atbilst augstas strāvas pārvades prasībām un padara to par vienu no nobriedušākajiem risinājumiem jaudas ierīču iepakojumam.

 

Šo tehnoloģiju plaši izmanto IGBT moduļos, barošanas avota ierīcēs un citās jomās, kas ir tipisks metalizēta alumīnija oksīda keramikas pielietojums elektriskajām sastāvdaļām. Tomēr tā līnijas platuma precizitāte ir salīdzinoši zema, un uzticamību var ietekmēt saskarnes mikroporas termiskās cikla apstākļos, tādējādi ierobežojot tā pielietojumu augstas precizitātes{1}}iepakojumā.

 

3. AMB (Active Metal Bonding) process

AMB tehnoloģija ievieš lodmetālu, kas satur aktīvos elementus, piemēram, Ti, lai panāktu spēcīgu saskarnes saikni starp keramiku un metālu vidējā līdz augstā temperatūrā, efektīvi mazinot stresa problēmas, ko izraisa termiskās izplešanās neatbilstība. Salīdzinot ar tradicionālo DBC, tas uzrāda izcilu uzticamību augstas -temperatūras cikla apstākļos.

 

Šis process ir piemērots augsta jaudas blīvuma un augstas -temperatūras darbības vidēm, piemēram, barošanas moduļiem jauniem enerģijas transportlīdzekļiem un trešās-paaudzes pusvadītāju ierīču iepakojumam, un tas ir svarīgs virziens augstas-stiprības metalizētu keramikas komponentu izstrādei. Tomēr tam ir augstas prasības procesa videi (vakuums vai aizsargatmosfēra) un materiālu sistēmai, kā rezultātā ir salīdzinoši augstas izmaksas.

 

 

 

Tā kā iepakojuma struktūras attīstās trīs{0}}dimensiju integrācijas virzienā, trīs-dimensiju keramikas substrāti ar dobuma struktūrām un daudzslāņu savstarpējās savienošanas iespējām pakāpeniski kļūst par nozīmīgiem augstas kvalitātes-iepakojuma nesējiem. Šāda veida tehnoloģijās kā kodols tiek izmantota -kopapdedzināta keramika, kas nodrošina augsta-blīvuma elektroinstalāciju un hermētiski noslēgtu iepakojumu, un to plaši izmanto augstas-uzticamības elektroniskajās sistēmās.

 

1. HTCC (augstas-temperatūras kop{2}}apdedzināta keramika)

HTCC izmanto augstas{0}}kušanas-metālu pastas (piemēram, volframu un molibdēnu) un keramikas materiālus, kas tiek apdedzināti temperatūrā virs 1500 grādiem, lai izveidotu vienotu struktūru. Tam ir lieliska mehāniskā izturība un augsta -temperatūras izturība, tāpēc tas ir piemērots elektroniskam iepakojumam ekstremālos apstākļos.

 

Šo tehnoloģiju plaši izmanto militārajos, kosmosa un lieljaudas{0}}moduļos, un tā ir tipisks metalizētas keramikas korpusa risinājums jaudas pusvadītājiem. Tomēr tā ražošanas izmaksas ir augstas, un tā vadītspēja ir salīdzinoši ierobežota, tāpēc tas nav piemērots augstas -frekvences precizitātes shēmām.

 

2. LTCC (zemas-temperatūras kop{2}}apdedzināta keramika)

LTCC izmanto zemas{0}}temperatūras saķepināšanas materiālu sistēmu (<950℃), allowing it to be co-fired with highly conductive metals such as gold, silver, and copper. It possesses excellent electrical properties and high design flexibility. Its linewidth can be as low as 50μm, making it suitable for high-frequency, high-speed, and miniaturized packaging requirements.

 

5G sakaros, radaru sistēmās un augstfrekvences moduļos LTCC ir kļuvis par vienu no galvenajiem risinājumiem, ko plaši izmanto alumīnija oksīda metalizētajā keramikā elektroniskām lietojumprogrammām. Tā trūkums ir tāds, ka tā mehāniskā izturība un siltumvadītspēja ir nedaudz zemāka nekā HTCC sistēmām.

 

 

No pielietojuma viedokļa dažādiem metalizācijas procesiem katram ir savas priekšrocības:

 

DPC: augstas precizitātes, miniaturizēts iepakojums → Mikroelektronika, LED

DBC: augsta siltumvadītspēja, liela strāva → barošanas moduļi, IGBT

AMB: augsta uzticamība, augstas{0}}temperatūras cikliskums → Jauni enerģijas transportlīdzekļi, SiC/GaN ierīces

HTCC: augsta izturība, izturība pret augstu temperatūru → Militāra un ekstremāla vide

LTCC: augsta frekvence, augsta integrācija → sakari un ātrgaitas{0}}elektronika

 

Praktiskajā inženierijā ir jāveic visaptverošs atlases process, ņemot vērā siltumvadītspējas prasības, strāvas reitingu, iepakojuma blīvumu un izmaksas, lai panāktu optimālu veiktspējas atbilstību. Šīs tehnoloģijas kopā veido elektrisko komponentu metalizētās keramikas galveno tehnoloģiju sistēmu.

 

 

 

Turpmākā keramikas metalizācijas tehnoloģijas attīstība būs vērsta uz šādiem virzieniem:

 

Augstāka siltumvadītspēja (SiC/GaN ierīcēm)

Augstāka elektroinstalācijas precizitāte (mikronu-līmenis vai pat nanometru-līmenis)

Daudz{0}}materiālu kompozītmateriāli (augstākās-klases keramika, piemēram, AlN un Si₃N₄)

Trīs{0}}dimensiju integrācija un sistēmas-in-pakete (SiP)

 

Vienlaikus ar alumīnija oksīda metalizēto keramiku saistītās precīzās apstrādes un strukturālās optimizācijas iespējas kļūs par būtisku konkurences priekšrocību produktu pievienotās vērtības palielināšanā.

 

 

Kā profesionāls ražotājs mēs specializējamies alumīnija oksīda keramikas detaļu precīzā apstrādē un augstas -uzticamības metalizācijas risinājumos, lai sniegtu klientiem integrētu atbalstu no materiālu izvēles un konstrukcijas projektēšanas līdz metalizācijas ieviešanai. Mūsu produkti ietver metalizētas keramikas izolācijas caurules,Keramikas detaļu metalizēšana, augstas-precizitātes strukturālie komponenti un pielāgoti iepakojuma substrāti, ko plaši izmanto jaunās enerģētikas, spēka elektronikas un augstākās-iekārtu jomās.

 

Izmantojot mūsu nobriedušo procesu sistēmu un stabilās ražošanas iespējas, mēs varam nodrošināt alumīnija oksīda metalizēto keramiku līmēšanai un dažāda veida funkcionālas keramikas sastāvdaļas, kas atbilst stingrām pielietojuma prasībām, palīdzot klientiem sasniegt augstākas veiktspējas un augstākas uzticamības sistēmu integrācijas risinājumus.