Edistyneessä valmistuksessa keramiikasta, jolla on erinomainen eristys, korkea lämmönjohtavuus, korkea lämpötilankesto ja korroosionkestävyys, on tullut korvaamattomia avainmateriaaleja{0}}huippuluokan teollisuudenaloilla, kuten elektroniikka-, ilmailu- ja lääketieteessä. Keramiikan luontainen ei--johtavuus rajoittaa kuitenkin niiden suoraa käyttöä piiriliitoksissa, pakkauksissa ja liitäntärakenteissa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on syntynyt metalloitujen keraamisten komponenttien teknologia, joka toimii siltana keramiikan ja metallin välillä ja saavuttaa täydellisen fuusion molempien materiaalien eduista.
Metalloidulla keramiikalla tarkoitetaan tiheän, yhtenäisen ja lujasti sidotun metallikalvon tai pinnoitteen muodostamista keraamisen alustan pinnalle fysikaalisilla tai kemiallisilla menetelmillä, mikä antaa sille johtavuuden, juotettavuuden ja kyvyn liittää metallikomponentteihin. Tämä tekniikka ei vain säilytä keraamisen alustan erinomaisia ominaisuuksia, vaan antaa sille myös metallin johtavuus- ja liitettävyystoiminnot, ja sitä käytetään laajalti tehomoduuleissa, puolijohdepakkauksissa, tyhjiolaitteissa, antureissa ja erittäin{1}}luotettavissa elektroniikkakomponenteissa.
Keraamisen metalloinnin toteutus perustuu metallin ja keraamisen rajapinnan väliseen tehokkaaseen sidokseen. Sen perusperiaatteet voidaan luokitella laajasti kahteen tyyppiin: kemialliset reaktiomenetelmät ja fysikaalinen höyrypinnoitus (PVD).
Kemialliset reaktiomenetelmät luovat ensisijaisesti metallointikerroksen keraamiseen pintaan korkean lämpötilan sintraus- tai kemiallisten pelkistysreaktioiden avulla. Tyypillinen esimerkki on Mo{2}}Mn-menetelmä ja sen parannetut prosessit. Tämä menetelmä sekoittaa molybdeenin (Mo) ja mangaanin (Mn) metallijauheita tai -oksideja muodostaen lietteen, joka sitten painetaan -keraamiseen pintaan ja sintrataan 1400–1600 asteessa pelkistävässä ilmakehässä (kuten vedyssä). Tämän prosessin aikana Mn toimii aktivaattorina, joka edistää kostuttamista ja diffuusiota keraamisen -metallin ja -metallin välisessä rajapinnassa muodostaen vahvan kemiallisen sidoksen. Lisäksi aktiivinen metallijuotto (AMB) kuuluu myös tähän luokkaan. Siinä käytetään aktiivisia elementtejä, kuten Ti ja Zr, sisältävää juotetta, joka reagoi keraamisen pinnan kanssa kuumennettaessa muodostaen siirtymäkerroksen, jolla on metallisia ominaisuuksia, jolloin keraaminen ja metalli muodostavat suoran yhteyden.
Fysikaalinen höyrypinnoitus (PVD) on menetelmä, joka käyttää magnetronisputterointia tai tyhjöhaihdutusta tyhjiöympäristössä metalliatomien höyrystämiseen ja kerrostamiseen keraamiselle pinnalle, jolloin muodostuu nano{0}}-mikronin{1}}kokoisia metallikalvoja. Tämä menetelmä sisältää alhaisia prosessointilämpötiloja (yleensä alle 300 astetta), jolloin saadaan tasalaatuisia ja erittäin{4}}puhtaita kalvoja, mikä tekee siitä sopivan erittäin-tarkkoihin, erittäin integroituihin mikroelektronisiin laitteisiin. Yleisiä kerrostettuja metalleja ovat titaani (Ti), kromi (Cr), nikkeli (Ni) ja kupari (Cu), ja Ti ja Cr toimivat siirtymäkerroksina parantaen merkittävästi metalloidun keramiikan tarttuvuutta.
Metalloidun keramiikan prosessikulku on monimutkainen ja tarkka, sisältäen tyypillisesti seuraavat avainvaiheet:
Alustan esikäsittely: Ensin keraaminen alusta puhdistetaan tarkasti ultraääni- tai megasonic-puhdistustekniikoilla pintaöljyn, sintrausapuaineiden ja hiukkasmaisten epäpuhtauksien poistamiseksi, mikä varmistaa pinnan puhtauden. Tämän jälkeen suoritetaan pintaaktivointikäsittelyjä, kuten plasmasyövytys tai kemiallinen käsittely, parantamaan pinnan karheutta ja aktiivisuutta, jolloin saadaan aikaan "ankkuri"-rakenteita metallikerroksen tarttumiseen.
Metallointikerroksen valmistelu: Sopiva metallointimenetelmä valitaan sovelluksen vaatimusten perusteella. Paksu-kalvoprosesseissa metallitahna päällystetään keraamiseen pintaan silkkipainatuksen avulla. ohutkalvoprosesseissa siemenkerros kerrostetaan PVD-tekniikalla. Tämä vaihe edellyttää pinnoitteen paksuuden, tasaisuuden ja koostumussuhteen tiukkaa valvontaa, jotta varmistetaan myöhempien korkean puhtausasteen alumiinioksidin tarkkuuskeraamisten metallointiosien prosessien stabiilisuus.
Kuviointi ja paksuus: Siemenkerroksen perusteella piirikuviot määritellään fotolitografia-, maskaus- tai laseretsaustekniikoilla. Sitten johtavia metalleja, kuten kuparia, paksunnetaan käyttämällä galvanointiprosesseja johtavien polkujen muodostamiseksi, jotka täyttävät virrankulutusvaatimukset. DPC (Direct Copper Plating) -tekniikka on edustava esimerkki, joka mahdollistaa korkean-tarkkuuden johdotuksen 20–30 μm:n linjanleveydillä.
Lämpökäsittely ja sintraus: Metalloitu keramiikka sintrataan tai hehkutetaan korkeassa lämpötilassa{0}}, mikä edistää metallihiukkasten tiivistymistä ja parantaa alumiinioksidimetallisoidun keramiikan sidoslujuutta. Jotkin erittäin luotettavat tuotteet vaativat toissijaista sintrausta kuivassa vetyilmakehässä käyttöliittymän vakauden parantamiseksi.
Jälkikäsittely ja testaus-: Kun Precision Metalized Ceramics on metalloitu, ne on puhdistettava kolmella tasolla puhdasta vettä, alipainekuivattava ja niille on suoritettava sidoslujuus-, johtavuustesti ja lämpökiertotesti, jotta varmistetaan, että tuote täyttää ilmatiiviyden, korroosionkestävyyden ja pitkäaikaisen{0}}luotettavuuden vaatimukset.
5G-viestinnän, uusien energiaajoneuvojen, älykkäiden sähköverkkojen ja huippuluokan lääketieteellisten laitteiden nopean kehityksen myötä suuritehoisten, integroitujen ja erittäin luotettavien elektronisten pakkausmateriaalien kysyntä kasvaa päivittäin. Alumina Metallized Ceramics for Bonding -teknologiasta, jolla on erinomaiset lämmönhallintaominaisuudet, sähköeristys ja rakenteellinen vakaus, on tullut keskeinen tukiteknologia ydinkomponenteille, kuten tehomoduuleille, IGBT-substraateille, tyhjökatkaisimille, röntgenputkille ja CT-ilmaisimille.
Olipa kyseessä tehoelektroniikan metalloidut keraamiset kuoret tai antureiden alumiinioksidikeramiikan -tarkkuusmetallointi, tämä tekniikka edistää jatkuvasti materiaalitieteen ja valmistusprosessien syvällistä integrointia. Tulevaisuudessa prosessin tarkkuuden ja uusien materiaalijärjestelmien kehittämisen myötä keraaminen metallointi on korvaamaton rooli äärimmäisissä ympäristöissä ja tehokkaammissa{2}}skenaarioissa.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Miten alumiinioksidimetallikeramiikan metallointikerroksen tarttuvuus arvioidaan?
A: Se kvantifioidaan ensisijaisesti leikkauslujuus- ja vetotesteillä; korkean-luotettavuuden sovellukset vaativat yleensä leikkauslujuuden, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 20 MPa. Lisäksi lämpöväsymiskestävyys varmistetaan lämpökiertotesteillä (esim. 500 sykliä -55 astetta +150 asteeseen).
Q:Voidaanko Mo{0}}Mn-alumiinioksidilla metalloitua teollisuuskeraamia juottaa metalloinnin jälkeen?
A:Kyllä. Metallointikerros (kuten Mo-Mn+Ni tai suora Ni/Au-pinnoitus) tarjoaa hyvän juotettavuuden, mikä mahdollistaa juottamisen johtoihin tai koteloihin käyttämällä tina-lyijyä tai lyijytöntä{4}}juotetta. On suositeltavaa säätää juotoslämpötilaa välillä 280 - 300 astetta enintään 5 sekunnin ajan tarttuvuuden heikkenemisen estämiseksi.
Q:Miten räätälöidyn alumiinioksidikeraamin erän tasaisuus varmistetaan?
A: Keskeisiä valvontakohteita ovat keraamisten alustojen erätarkastus, metallointipastan viskositeetin tarkastus, sintrausuunin lämpötilaprofiilien säännöllinen kalibrointi ja valmiiden tuotteiden 100 % sähkötestaus. Jokaisesta erästä toimitetaan kattavat tarkastusraportit ja jäljitettävyystiedot.
ota meihin yhteyttä
Jos tarvitset teknisiä tarpeita korkealle-tarkkuudelle ja korkealle{1}}luotettavuudelleMetalloitu keramiikka sähkökäyttööntai olet kiinnostunut räätälöitystä kehityksestä, ota yhteyttä. Tarjoamme sinulle ammattimaisia materiaaliratkaisuja ja suunnittelutukea.
