gemetalliseerd keramisch componentensubstraat: technische principes, procespaden en toepassingsanalyse

Als sleutelmateriaal in moderne elektronische verpakkingen bereiken gemetalliseerde keramische substraten een organische combinatie van de eigenschappen van de twee materialen door een metaalfilm stevig aan het keramische oppervlak te hechten. De structuur combineert de hoge isolatie- en temperatuurbestendigheidseigenschappen van keramiek met de uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid van metalen, waardoor het een kerndrager wordt voor toepassingen zoals elektronische apparaten met hoog-vermogen, geavanceerde opto-elektronische apparaten en-zeer betrouwbare auto-elektronica. Het volgende zal systematisch ingaan op gemetalliseerde keramische substraten vanuit meerdere dimensies, zoals technische principes, reguliere processen, prestatiekenmerken en industriële toepassingen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De kern van gemetalliseerde keramische substraten is het bereiken van hoge- sterke en betrouwbare verbindingen tussen twee heterogene materialen, keramiek en metaal. Het basisprincipe is niet een eenvoudige fysieke hechting, maar berust op chemische binding en reactiediffusie op het grensvlak. Omdat keramiek een lage oppervlakte-energie heeft en chemisch inert is, zijn ze moeilijk te bevochtigen en te binden met gewone metalen. Daarom is de sleutel tot het proces het bereiken van metallurgische binding door het introduceren van actieve elementen (zoals titanium, zirkonium) of het creëren van een eutectische vloeibare fase (zoals koper-zuurstof eutectisch), waardoor een chemische reactie op het grensvlak ontstaat om een ​​overgangslaag te genereren.

Een typisch gemetalliseerd keramisch substraat heeft een sandwichstructuur: het keramische substraat zorgt voor mechanische ondersteuning en isolatie, de gemetalliseerde overgangslaag in het midden zorgt voor de hechting en de dikke metaallaag (meestal koper) op het oppervlak neemt de functies van elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid en lasdrager over. Dit keramiek-naar-metaalcomposietontwerp lost fundamenteel het thermische spanningsprobleem op dat wordt veroorzaakt door een mismatch in de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) tussen heterogene materialen, waardoor de betrouwbaarheid op lange- termijn van het apparaat onder temperatuurcycli aanzienlijk wordt verbeterd.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Het metallisatieproces is de sleutel tot het bepalen van de prestaties en kosten van het substraat. Momenteel omvatten de reguliere technologiepaden directe kopercoating, dunne-filmtechnologie en actief metaalsolderen.

Direct kopercoatingproces (DBC). Dit proces wordt uitgevoerd bij hoge temperatuur (ongeveer 1065 graden) en in een nauwkeurig gecontroleerde atmosfeer met lage partiële zuurstofdruk, waardoor een eutectische reactie optreedt op het oppervlak van de koperfolie en keramiek (zoals aluminiumoxide of aluminiumnitride). De kern ervan is de vorming van een laag Cu/O-eutectische vloeibare fase, die het keramiek kan bevochtigen en ermee kan reageren om een ​​stabiele samengestelde overgangslaag te vormen (zoals CuAlO₂). Het voordeel van het DBC-proces is dat de koperlaag dik is (tot 300 μm of meer) en een sterk vermogen heeft om stroom- te geleiden en warmte- af te voeren. Het is zeer geschikt voor scenario's met hoog-vermogen, zoals IGBT-modules voor elektrische voertuigen.

 

Dunnefilm- en galvaniseerproces (DPC). Dit proces vormt eerst een metaalzaadlaag op nanoschaal (zoals Ti/Cu) op het keramiek door middel van Physical Vapour Deposition (PVD)-technologie zoals magnetronsputteren, en verdikt vervolgens de koperlaag door middel van galvaniseren met patronen. De opvallende voordelen van het DPC-proces zijn de hoge patroonnauwkeurigheid (lijnbreedte/-afstand tot 20 μm) en het lage--temperatuurproces, waardoor thermische spanningsschade aan materialen als gevolg van hoge temperaturen wordt vermeden. Het is vooral geschikt voor de productie van precisie-gemetalliseerde aluminiumoxide keramische componenten en wordt veel gebruikt in radiofrequentieapparaten en optische communicatiemodules die een hoge bedradingsdichtheid vereisen.

 

Actief metaalsoldeerproces (AMB). Het AMB-proces maakt gebruik van soldeer dat actieve elementen zoals titanium en zirkonium bevat, dat in een vacuümoven wordt verwarmd tot boven het smeltpunt van het soldeer. De actieve elementen reageren chemisch met het keramische oppervlak en vormen een dunne laag die bevochtigbaar is door het soldeer, waardoor een hoge-verbinding tussen het keramiek en het metaal (meestal dik koper) wordt bereikt. Het AMB-proces heeft een extreem hoge hechtsterkte en is bijzonder geschikt voor de productie van zeer zuivere aluminiumoxide-precisie geavanceerde keramische metallisatieonderdelen, evenals voor gebieden met extreem strenge betrouwbaarheidseisen, zoals hoofdaandrijvingsomvormers voor nieuwe energievoertuigen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uitstekende mogelijkheden voor thermisch beheer: Keramische substraten, vooral aluminiumnitride (AlN), hebben een uitstekende thermische geleidbaarheid (tot 180 W/m·K) en kunnen de door de chip gegenereerde warmte efficiënt afvoeren. De thermische uitzettingscoëfficiënt komt overeen met die van halfgeleiderchips (zoals Si, SiC), waardoor de thermische cyclusspanning aanzienlijk wordt verminderd en de levensduur van de soldeerverbinding wordt verlengd.

Uitstekende elektrische en mechanische eigenschappen: het keramiek zelf heeft een hoge diëlektrische sterkte en een laag diëlektrisch verlies, en de koperlaag gevormd door de metallisatiekeramiek op het oppervlak zorgt voor een geleidend pad met lage- weerstand. Deze combinatie zorgt ervoor dat het apparaat stabiel werkt onder hoge frequentie en hoge spanning. Tegelijkertijd heeft het gemetalliseerde keramische substraat een hoge mechanische sterkte, maatvastheid en corrosieweerstand en kan het zich aanpassen aan zware omstandigheden.

Ontwerp- en productieflexibiliteit: Verschillende gemetalliseerde keramische processen bieden een verscheidenheid aan ontwerpopties. Van de hoge stroom-draagkracht van DBC, tot de hoge-precieze bedrading van DPC, tot de ultra-hoge betrouwbaarheid van AMB: ingenieurs kunnen de optimale Alumina Gemetalliseerde Keramiek-oplossing kiezen op basis van specifieke elektrische, thermische, mechanische en kostenvereisten. Dit legt de basis voor het ontwerp en de productie op maat van Precision Metallized Ceramics.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wij richten ons op het leveren van hoge-kwaliteitgemetalliseerde keramische componenten, precisiebewerkingsdiensten en streven naar het creëren van hoogwaardige-gemetalliseerde aluminiumoxide-keramiek voor elektrische componenten voor onze klanten. Of het nu gaat om het aanpassen van standaardsubstraten of complexe precisie-gemetalliseerde keramische verwerking, wij kunnen professionele oplossingen bieden, van ontwerp tot eindproducten, om uw producten te helpen doorbraken te bereiken op het gebied van hoge- precisie.