Στους τομείς των ηλεκτρονικών ισχύος, των συσκευών κενού, των συσκευασιών ημιαγωγών και του νέου ενεργειακού εξοπλισμού, η τεχνολογία συγκόλλησης κεραμικού-σε-μετάλλου αποτελεί βασικό συστατικό για την επίτευξη εξαιρετικά αξιόπιστης ερμητικής συσκευασίας και αποτελεσματικής θερμικής διαχείρισης. Δεδομένου ότι τα ίδια τα κεραμικά δεν μπορούν να συγκολληθούν, πρέπει να σχηματιστεί στην επιφάνειά τους ένα ισχυρό, αγώγιμο και χαλκώδες μεταλλικό φιλμ μέσω της κεραμικής επιμετάλλωσης. Καθώς οι συσκευές εξελίσσονται προς υψηλότερη πυκνότητα ισχύος, υψηλότερη συχνότητα και μικρότερο μέγεθος, απαιτούνται υψηλότερες απαιτήσεις για τη διεπιφανειακή αντοχή συγκόλλησης, τη θερμική σταθερότητα και τη μικροσκοπική ομοιομορφία των επιμεταλλωμένων κεραμικών, οδηγώντας τη συνεχή εξέλιξη των διαδικασιών επιμετάλλωσης από την παραδοσιακή σύντηξη υψηλής θερμοκρασίας σε χαμηλή{5}θερμοκρασία, φυσικές ατμούς{6} και υψηλή θερμοκρασία.
Τεχνική Σύγκριση Μεθόδων Μεταλλοποίησης Mainstream
Επί του παρόντος, οι μέθοδοι κεραμικής επιμετάλλωσης που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία περιλαμβάνουν την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, την επιμετάλλωση αργύρου/νικελίου, τη σύντηξη Mo{0}}Mn και την τεχνολογία επίστρωσης κενού, καθεμία με τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα:
Η ηλεκτρολυτική επίστρωση Ni-P δεν απαιτεί εξωτερική πηγή ενέργειας και μπορεί να σχηματίσει ομοιόμορφη επίστρωση σε πολύπλοκες γεωμετρικές επιφάνειες. Ωστόσο, το στρώμα μεμβράνης και το κεραμικό υπόστρωμα απορροφώνται κυρίως φυσικά, με αποτέλεσμα την αδύναμη πρόσφυση (συνήθως<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.
Ενώ η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση Ni μπορεί να επιτύχει επιστρώσεις χαμηλής-καταπόνησης, είναι εξαιρετικά ευαίσθητο στην καθαρότητα της διαδικασίας προεπεξεργασίας, οδηγώντας εύκολα σε ελαττώματα όπως φουσκάλες και σκασίματα. Επιπλέον, λόγω της επίδρασης της κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου, οι βαθιές οπές ή οι περιοχές αυλακώσεων σε επιμεταλλωμένα κεραμικά εξαρτήματα ακριβείας από αλουμίνιο συχνά παρουσιάζουν ανομοιόμορφη επένδυση, με αποτέλεσμα κακή ομοιόμορφη απόδοση επιμετάλλωσης.
Η μέθοδος Ag(Ni), η οποία περιλαμβάνει επίστρωση με πολτό ακολουθούμενη από υψηλή-μείωση θερμοκρασίας για να σχηματιστεί ένα μεταλλικό στρώμα, είναι απλή και προσφέρει καλή αγωγιμότητα. Ωστόσο, το στρώμα Ag είναι επιρρεπές στη μετανάστευση ιόντων κάτω από ηλεκτρικά πεδία υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής υγρασίας και συνεχούς ρεύματος, οδηγώντας σε αστοχία μόνωσης. Ενώ το στρώμα Ni έχει χαμηλή κινητικότητα, το φιλμ είναι γενικά λεπτό, ασυνεχές και δεν έχει επαρκή αντοχή στη διάβρωση.
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). Ωστόσο, απαιτεί πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή{2} θερμοκρασία στους 1300–1500 βαθμούς, με αποτέλεσμα υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Επιπλέον, τα χονδροειδή σωματίδια της σκόνης Mo-Mn οδηγούν σε ένα τραχύ και ανομοιόμορφο φιλμ, καθιστώντας το ακατάλληλο για κατεργασία υψηλής ακρίβειας κεραμικών εξαρτημάτων αλουμινίου.
Βασικοί Παράγοντες που Επηρεάζουν την Ποιότητα της Μεταλλοποίησης
1. Συμβατότητα υλικού φιλμ: Ένα ιδανικό σύστημα επιμετάλλωσης πρέπει να εξισορροπεί την πρόσφυση, την αγωγιμότητα και τη συγκολλησιμότητα. Η σύνθετη δομή Ni-Cu/Ag, λόγω της βαθμίδωσης CTE, της χημικής συμβατότητας και της ικανότητάς της να εμποδίζει τη διάχυση Ag, έχει γίνει η τυπική λύση για συσκευές υψηλής-συχνότητας και υψηλής ισχύος-.
2. Βελτιστοποίηση πάχους φιλμ: Πολύ λεπτό (<0.5 μm) films cannot form a continuous film, resulting in insufficient adhesion; too thick (>Οι μεμβράνες 3 μm) αυξάνουν την εσωτερική καταπόνηση και μειώνουν την πλαστικότητα. Τα πειράματα δείχνουν ότι το μεταβατικό στρώμα Ni-Cu φτάνει στη μέγιστη διεπιφανειακή του πρόσφυση στα 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, παρέχοντας ένα καθαρό και ενεργό υπόστρωμα για ψεκασμό.
Σενάρια Εφαρμογών και Μελλοντικές Τάσεις
Power Electronic Modules: Τα υποστρώματα IGBT χρησιμοποιούν εξαρτήματα προηγμένης κεραμικής μετάλλωσης ακριβείας υψηλής καθαρότητας αλουμίνας (HAMPs) για την επίτευξη συνδέσεων χαμηλής θερμικής αντίστασης μέσω επιμετάλλωσης με ψεκασμό.
Ηλεκτρονικές συσκευές κενού: Η επιμετάλλωση κεραμικών μερών σε σωλήνες κυμάτων που ταξιδεύουν (TWT) και μαγνητόνια απαιτούν υψηλή ερμητικότητα. Τα πυκνά, μη{0}}πορώδη διασκορπισμένα φιλμ είναι ανώτερα από τα πορώδη συντηγμένα στρώματα.
Συσκευές ραδιοσυχνοτήτων 5G: Η σημαντική επίδραση του δέρματος σε υψηλές συχνότητες απαιτεί εξαιρετικά χαμηλή αντίσταση στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, καθιστώντας απαραίτητη την επάνω στρώση Ag.
Στο μέλλον, ο κλάδος θα επικεντρωθεί σε τρεις κύριες κατευθύνσεις: πρώτον, την ανάπτυξη νέων σύνθετων στόχων κλίσης (όπως το W-Ni-Fe) για περαιτέρω αντιστοίχιση CTE. Δεύτερον, ο συνδυασμός εναπόθεσης ατομικής στιβάδας (ALD) για να επιτευχθεί έλεγχος διεπαφής υπο-νανομέτρων. και τρίτον, την προώθηση του εξοπλισμού εκτόξευσης σε ρολό-σε-ρολό (R2R) για τη μείωση του κόστους κατασκευής των μεταλλιζόμενων κεραμικών από αλουμίνα.
Σύναψη
Από την πυροσυσσωμάτωση Mo-Mn υψηλής-θερμοκρασίας έως τη σύντηξη σύνθετου Ni-Cu/Ag, κάθε άλμα προς τα εμπρός στην τεχνολογία μεταλλιζόμενων κεραμικών εξαρτημάτων υψηλής αντοχής-πηγάζει από την επιδίωξη ολοένα υψηλότερων ορίων απόδοσης. Με την ταχεία εξάπλωση συσκευών ημιαγωγών ευρείας-κενού ζώνης όπως το καρβίδιο του πυριτίου και το νιτρίδιο του γαλλίου, τα επιμεταλλωμένα κεραμικά ακριβείας δεν είναι πλέον απλώς μέσα σύνδεσης, αλλά βασικές τεχνολογίες που καθορίζουν τη συνολική θερμική-ηλεκτρική-μηχανική αξιοπιστία των συστημάτων. Μόνο με τη συνεχή βελτιστοποίηση των συστημάτων υλικών και των παραθύρων διεργασίας μπορεί να προστατεύεται η ασφάλεια και η διάρκεια ζωής των βασικών συσκευών υπό ακραίες συνθήκες λειτουργίας.
Επικοινωνήστε μαζί μας
Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα σχετικά με τις αρχές σχεδίασης φιλμ, τις τυπικές λειτουργίες αστοχίας ή τα παράθυρα παραμέτρων διαδικασίας sputtering τουΕπιμεταλλωμένα Κεραμικά για Ηλεκτρικά Εξαρτήματα, επικοινωνήστε μαζί μας. Θα σας παρέχουμε επαγγελματικές τεχνικές πληροφορίες και συμβουλές τεχνικής υποστήριξης.
