Op het gebied van vermogenselektronica, vacuümapparaten, halfgeleiderverpakkingen en nieuwe energieapparatuur is de technologie voor het verbinden van keramiek-met-metaal een kerncomponent voor het bereiken van zeer betrouwbare hermetische verpakkingen en efficiënt thermisch beheer. Omdat keramiek zelf niet soldeerbaar is, moet er door keramische metallisatie een sterke, geleidende en hardsoldeerbare metaalfilm op hun oppervlak worden gevormd. Naarmate apparaten evolueren naar een hogere vermogensdichtheid, hogere frequentie en kleinere afmetingen, worden er hogere eisen gesteld aan de grensvlakbindingssterkte, thermische stabiliteit en microscopische uniformiteit van gemetalliseerde keramiek, waardoor de voortdurende evolutie van metallisatieprocessen wordt gestimuleerd, van traditioneel sinteren bij hoge- temperatuur naar lage- temperatuur, milieuvriendelijke en hoge- nauwkeurige fysieke dampafzetting.
Technische vergelijking van reguliere metallisatiemethoden
Momenteel omvatten de keramische metallisatiemethoden die veel worden gebruikt in de industrie onder meer stroomloos plateren, galvaniseren, verzilveren/vernikkelen, Mo-Mn-sinteren en vacuümcoatingtechnologie, elk met zijn eigen voor- en nadelen:
Voor stroomloos Ni--plating is geen externe stroombron nodig en kan een uniforme coating op complexe geometrische oppervlakken worden gevormd. De filmlaag en het keramische substraat worden echter voornamelijk fysiek geadsorbeerd, wat resulteert in een zwakke hechting (doorgaans).<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.
Hoewel het galvaniseren van Ni coatings met lage- spanning kan opleveren, is het uiterst gevoelig voor de zuiverheid van het voorbehandelingsproces, wat gemakkelijk leidt tot defecten zoals blaarvorming en putjes. Bovendien vertonen diepe gaten of groefgebieden in nauwkeurig gemetalliseerde aluminium keramische componenten, als gevolg van de invloed van de verdeling van het elektrische veld, vaak een ongelijkmatige galvanisering, wat resulteert in slechte uniforme galvaniseringsprestaties.
De Ag(Ni)-methode, waarbij slurrycoating wordt toegepast gevolgd door hoge-temperatuurverlaging om een metaallaag te vormen, is eenvoudig en biedt een goede geleidbaarheid. De Ag-laag is echter gevoelig voor ionenmigratie bij hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid en elektrische DC-velden, wat leidt tot isolatiefalen. Hoewel de Ni-laag een lage mobiliteit heeft, is de film in het algemeen dun, discontinu en niet voldoende bestand tegen corrosie.
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). Het vereist echter sinteren op hoge- temperatuur bij 1300–1500 graden, wat resulteert in een hoog energieverbruik. Bovendien leiden de grove deeltjes van Mo{6}}Mn-poeder tot een ruwe en ongelijkmatige film, waardoor het ongeschikt is voor hoge-precieze bewerking van aluminium keramische onderdelen.
Sleutelfactoren die de kwaliteit van de metallisatie beïnvloeden
1. Compatibiliteit met filmmateriaal: Een ideaal metallisatiesysteem moet een evenwicht vinden tussen hechting, geleidbaarheid en lasbaarheid. De Ni-Cu/Ag-composietstructuur is, vanwege de gradiënt CTE, chemische compatibiliteit en het vermogen om Ag-diffusie te blokkeren, de standaardoplossing geworden voor hoog-frequente, hoog- apparaten.
2. Optimalisatie van de filmdikte: te dun (<0.5 μm) films cannot form a continuous film, resulting in insufficient adhesion; too thick (>3 μm) films verhogen de interne spanning en verminderen de plasticiteit. Experimenten tonen aan dat de Ni-Cu-overgangslaag zijn maximale grensvlakadhesie bereikt bij 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, wat een schoon en actief substraat voor sputteren oplevert.
Toepassingsscenario's en toekomstige trends
Vermogenselektronische modules: IGBT-substraten maken gebruik van zeer zuivere aluminiumoxide-precisie geavanceerde keramische metallisatieonderdelen (HAMP's) om verbindingen met lage thermische weerstand te bereiken door middel van sputterende metallisatie.
Vacuüm elektronische apparaten: Het metaliseren van keramische onderdelen in reizende golfbuizen (TWT's) en magnetrons vereist een hoge hermeticiteit; dichte, niet-poreuze gesputterde films zijn superieur aan poreuze gesinterde lagen.
5G RF-apparaten: Een aanzienlijk skin-effect bij hoge frequenties vereist een extreem lage oppervlakteweerstand van de elektrode, waardoor een Ag-toplaag onmisbaar is.
In de toekomst zal de industrie zich op drie hoofdrichtingen concentreren: ten eerste, het ontwikkelen van nieuwe gradiëntcomposietdoelen (zoals W-Ni-Fe) om de CTE verder te matchen; ten tweede, het combineren van atomaire laagdepositie (ALD) om sub-interfacecontrole te bereiken; en ten derde het promoten van rol-naar-rolsputterapparatuur (R2R) om de productiekosten van aluminiumoxide-gemetalliseerde keramiek te verlagen.
Conclusie
Van Mo{0}}Mn hoge--sinteren op hoge temperatuur tot Ni-Cu/Ag-composietsputteren: elke sprong voorwaarts in de High-Strength Gemetalliseerde Keramische Componenten-technologie komt voort uit het streven naar steeds hogere prestatiegrenzen. Met de snelle verspreiding van halfgeleiderapparaten met grote-bandafstanden, zoals siliciumcarbide en galliumnitride, zijn nauwkeurig gemetalliseerde keramieken niet langer slechts verbindingsmedia, maar sleuteltechnologieën die de algehele thermische-elektrische-mechanische betrouwbaarheid van systemen bepalen. Alleen door het voortdurend optimaliseren van materiaalsystemen en procesvensters kunnen de veiligheid en levensduur van kernapparaten onder extreme bedrijfsomstandigheden worden beschermd.
Neem contact met ons op
Als u meer wilt weten over de filmontwerpprincipes, typische faalmodi of parametervensters voor het sputterproces vanGemetalliseerde keramiek voor elektrische componenten, neem dan contact met ons op. Wij zullen u voorzien van professionele technische informatie en technisch ondersteuningsadvies.
