Innen kraftelektronikk, vakuumenheter, halvlederemballasje og nytt energiutstyr er keramisk-til-metallbindingsteknologi en kjernekomponent for å oppnå svært pålitelig hermetisk emballasje og effektiv termisk styring. Siden keramikk i seg selv ikke kan loddes, må en sterk, ledende og loddebar metallfilm dannes på overflaten gjennom keramisk metallisering. Etter hvert som enheter utvikler seg mot høyere effekttetthet, høyere frekvens og mindre størrelse, stilles det høyere krav til grenseflatebindingsstyrken, termisk stabilitet og mikroskopisk ensartethet til metallisert keramikk, noe som driver den kontinuerlige utviklingen av metalliseringsprosesser fra tradisjonell høy-temperatursintring til lav-temperatur-, {6}avsetningsvennlig, høy{6} og miljøvennlig damp.
Teknisk sammenligning av vanlige metalliseringsmetoder
For tiden inkluderer de keramiske metalliseringsmetodene som er mye brukt i industrien strømløs plettering, galvanisering, sølv/nikkelbelegg, Mo-Mn-sintring og vakuumbeleggingsteknologi, hver med sine egne fordeler og ulemper:
Elektroløs Ni-P-belegg krever ingen ekstern strømkilde og kan danne et jevnt belegg på komplekse geometriske overflater. Imidlertid er filmlaget og det keramiske underlaget hovedsakelig fysisk adsorbert, noe som resulterer i svak vedheft (vanligvis<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.
Selv om galvanisering av Ni kan oppnå lav-stressbelegg, er den ekstremt følsom for renheten i forbehandlingsprosessen, noe som lett fører til defekter som blemmer og gropdannelse. Dessuten, på grunn av påvirkningen av elektrisk feltfordeling, viser dype hull eller sporområder i presisjonsmetalliserte aluminiumkeramiske komponenter ofte ujevn plettering, noe som resulterer i dårlig jevn pletteringsytelse.
Ag(Ni)-metoden, som involverer slurrybelegg etterfulgt av høy-temperaturreduksjon for å danne et metallisk lag, er enkel og gir god ledningsevne. Ag-laget er imidlertid utsatt for ionemigrering under høy temperatur, høy luftfuktighet og elektriske DC-felt, noe som fører til isolasjonssvikt. Mens Ni-laget har lav mobilitet, er filmen generelt tynn, diskontinuerlig og mangler tilstrekkelig motstand mot korrosjon.
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). Det krever imidlertid sintring med høy-temperatur ved 1300–1500 grader, noe som resulterer i høyt energiforbruk. Videre fører de grove partiklene av Mo-Mn-pulver til en grov og ujevn film, noe som gjør den uegnet for høy-bearbeiding av keramiske aluminiumsdeler.
Nøkkelfaktorer som påvirker metalliseringskvaliteten
1. Filmmaterialkompatibilitet: Et ideelt metalliseringssystem må balansere vedheft, ledningsevne og sveisbarhet. Ni-Cu/Ag-komposittstrukturen, på grunn av sin gradient CTE, kjemisk kompatibilitet og evne til å blokkere Ag-diffusjon, har blitt standardløsningen for enheter med høy-frekvent-effekt.
2. Optimalisering av filmtykkelse: For tynn (<0.5 μm) films cannot form a continuous film, resulting in insufficient adhesion; too thick (>3 μm) filmer øker indre stress og reduserer plastisitet. Eksperimenter viser at Ni-Cu-overgangslaget når sin maksimale grensesnittadhesjon ved 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, gir et rent og aktivt substrat for sputtering.
Applikasjonsscenarier og fremtidige trender
Kraftelektroniske moduler: IGBT-substrater bruker høyrent aluminiumoksydpresisjons avanserte keramiske metalliseringsdeler (HAMPs) for å oppnå lav termisk motstandsforbindelser gjennom sputtermetallisering.
Vakuum elektroniske enheter: Metallisering av keramiske deler i reisebølgerør (TWT) og magnetroner krever høy hermetisitet; tette, ikke-porøse sputterede filmer er overlegne porøse sintrede lag.
5G RF-enheter: Betydelig hudeffekt ved høye frekvenser nødvendiggjør ekstremt lav elektrodeoverflatemotstand, noe som gjør et Ag-topplag uunnværlig.
I fremtiden vil industrien fokusere på tre hovedretninger: For det første å utvikle nye sammensatte gradientmål (som W-Ni-Fe) for å matche CTE ytterligere; for det andre, å kombinere atomlagdeponering (ALD) for å oppnå sub-nanometergrensesnittkontroll; og for det tredje, fremme rull-til-rull (R2R) sputterutstyr for å redusere produksjonskostnadene for aluminiumoksydmetallisert keramikk.
Konklusjon
Fra Mo-Mn høy-temperatursintring til Ni-Cu/Ag komposittforstøvning, hvert sprang fremover i høy-metalliserte keramiske komponenter-teknologi stammer fra jakten på stadig høyere ytelsesgrenser. Med den raske spredningen av halvlederenheter med brede-båndgap, som silisiumkarbid og galliumnitrid, er presisjonsmetallisert keramikk ikke lenger bare tilkoblingsmedier, men viktige muliggjørende teknologier som bestemmer den generelle termiske-elektriske-mekaniske påliteligheten til systemene. Bare ved kontinuerlig å optimalisere materialsystemer og prosessvinduer kan sikkerheten og levetiden til kjerneenheter beskyttes under ekstreme driftsforhold.
Kontakt oss
Hvis du ønsker å lære mer om filmdesignprinsippene, typiske feilmoduser eller sputterprosessparametervinduene tilMetallisert keramikk for elektriske komponenter, vennligst kontakt oss. Vi vil gi deg profesjonell teknisk informasjon og ingeniørstøtteråd.
