Augstas-stiprības metalizētas keramikas komponenti: galvenie savienojamības tilti-augstākās klases elektroniskajās ierīcēs

Šī keramikas{0}}metāla kompozītmateriāla struktūra atrisina tādas problēmas kā plaisāšana un atslāņošanās, ko izraisa termiskās izplešanās neatbilstība tradicionālajam iepakojumam. Piemēram, jaudas pusvadītāju moduļos precīzi metalizēti alumīnija oksīda keramikas komponenti kalpo kā izolācijas substrāti, no vienas puses atbalstot augsta -blīvuma shēmas un no otras tieši lodējot siltuma izlietnes, efektīvi izolējot augstu spriegumu, vienlaikus efektīvi vadot siltumu. Vakuuma elektroniskajās ierīcēs (piemēram, ceļojošo viļņu caurulēs un magnetronos) svina blīvēšanai tiek izmantotas metalizētas keramikas izolācijas caurules, kas nodrošina iekšējās augsta-vakuuma vides ilgtermiņa stabilitāti un saglabā hermētiskumu pat simtiem grādu temperatūrā pēc Celsija.

Pateicoties tās unikālajai visaptverošajai veiktspējai, metalizētās keramikas korpusa izmantošana jaudas pusvadītājiem ir pakāpeniski paplašinājusies no militārās un kosmosa līdz augstākās klases civilajām jomām, piemēram, jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, 5G sakariem, rūpnieciskajiem lāzeriem un fotoelektriskajiem invertoriem. Elektrisko transportlīdzekļu IGBT moduļos alumīnija oksīda metalizētā keramika ir kļuvusi par galveno izolācijas substrātu, pateicoties to izmaksu un veiktspējas līdzsvaram; savukārt lietojumos ar augstākām siltuma izkliedes prasībām tiek izmantotas alumīnija nitrīda (AlN) metalizētas pamatnes, kuru siltumvadītspēja pārsniedz 170 W/m·K. Turklāt augstas -frekvences sakaru iekārtu korpusos, sensoru iesaiņojuma apvalkos un augstsprieguma{6}}kondensatoros augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda precīzās un uzlabotās keramikas metalizācijas daļas efektīvi nodrošina signāla integritāti un konstrukcijas uzticamību to zemo dielektrisko zudumu un augstās mehāniskās izturības dēļ.

Pašreizējās galvenās metalizācijas tehnoloģijas ietver molibdēna -mangāna (Mo-Mn) metodi, tiešo vara savienojumu (DBC), tiešo vara pārklājumu (DPC) un aktīvo metāla cietlodēšanu (AMB). Tostarp Mo-Mn metode ir piemērota augstas-uzticamības vakuuma blīvēšanai un ir tradicionāls, bet nobriedis process; DBC tieši savieno vara foliju ar keramikas virsmu augstās temperatūrās, padarot to piemērotu lielas-strāvas jaudas moduļiem; DPC izmanto plānas -plēves procesus, lai iegūtu smalkas shēmas, kas piemērotas augsta blīvuma starpsavienojumiem; un AMB izmanto aktīvos lodmetālus (piemēram, Ag{8}}Cu-Ti), lai panāktu augstas-izturības savienojumus starp keramiku un varu zemākā temperatūrā, apvienojot augstu siltumvadītspēju un augstu uzticamību. Dažādu procesu izvēle ir atkarīga no lietojumprogrammas scenārija visaptverošajām prasībām attiecībā uz siltumvadītspēju, strāvas blīvumu, ķēdes precizitāti un izmaksām.

Ir vērts atzīmēt, ka augstas{0}izturības metalizēto keramikas komponentu veiktspēja ir atkarīga ne tikai no materiālu sistēmas, bet arī no alumīnija oksīda keramikas detaļu precīzās apstrādes līmeņa. Pamatnes līdzenums, virsmas raupjums un caurumu precizitāte tieši ietekmē turpmākās metalizācijas un lodēšanas ražas viendabīgumu. Piemēram, metalizētā alumīnija oksīda keramikā elektriskajām sastāvdaļām, mikronu-līmeņa biezuma pielaides kontrole var izvairīties no sprieguma koncentrācijas termiskās cikla laikā un pagarināt ierīces kalpošanas laiku.

Neskatoties uz ievērojamajām metalizētās keramikas priekšrocībām elektrisko komponentu ražošanā, to ražošana joprojām saskaras ar izaicinājumiem: pirmkārt, procesi ir sarežģīti un{0}}ietilpīgi, īpaši augstas temperatūras saķepināšanas posms, kam nepieciešama stingra iekārta un atmosfēras kontrole. Otrkārt, lai gan keramika, kuras pamatā ir berilijs{3} (piemēram, BeO), piedāvā lielisku siltumvadītspēju, tā rada toksicitātes risku un pakāpeniski tiek aizstāta ar AlN. Treškārt, līdz ar ierīču miniaturizāciju augstas prasības tiek izvirzītas precīzi metalizētas keramikas līnijas platumam/atstarpei un daudzslāņu elektroinstalācijas iespējām.

Nākotnē jaudas pusvadītāju metalizēto keramikas korpusu izstrāde tiks koncentrēta uz trim galvenajiem virzieniem: pirmkārt, zemas{0}}temperatūras līdz{1}}apdedzinātas keramikas (LTCC) un metalizācijas integrācijas procesu izstrāde, lai samazinātu enerģijas patēriņu; otrkārt, veicināt skābekli nesaturoša vara, sudraba un citu ļoti vadošu metālu izmantošanu DPC/AMB, lai uzlabotu elektrisko veiktspēju; un, treškārt, trešās paaudzes pusvadītāju (SiC, GaN) moduļu saderības paplašināšana, lai nodrošinātu augstākas darba temperatūras un sprieguma prasības.

Kā galvenā tehnoloģija keramikas{0}}līdz-metāla savienojumiem, augstas-stiprības metalizēti keramikas komponenti no "aiz-a Tās neaizvietojamā loma elektronisko sistēmu uzticamas darbības nodrošināšanā ekstremālos apstākļos turpinās virzīt sadarbības inovācijas materiālu zinātnē un ražošanas procesos.