Przegląd głównych procesów metalizacji i zastosowań podłoży ceramicznych radiatorów

W miarę postępu technologii elektronicznej w kierunku wyższej gęstości mocy, wyższej częstotliwości i miniaturyzacji, zarządzanie temperaturą stało się głównym czynnikiem ograniczającym wydajność i niezawodność systemu. Podłoża ceramiczne, charakteryzujące się doskonałą przewodnością cieplną, izolacją elektryczną,-odpornością na wysoką temperaturę i właściwościami odpowiadającymi rozszerzalności cieplnej, stały się kluczowymi nośnikami półprzewodników mocy i-wysokiej klasy opakowań elektronicznych. Zwłaszcza przy wsparciu kluczowych procesów, takich jak metalizacja aluminium, materiały ceramiczne mogą przekształcić się z mediów izolacyjnych w wysoce niezawodne struktury połączeń elektrycznych, odgrywając zasadniczą rolę w nowoczesnych systemach elektronicznych.

 

Po spiekaniu podłoża ceramiczne muszą zostać poddane metalizacji w celu zbudowania warstwy przewodzącej, umożliwiającej połączenia elektryczne pomiędzy chipem a obwodami zewnętrznymi. Obecne technologie głównego nurtu można podzielić na dwie główne kategorie: metalizacja planarna i trójwymiarowa-metalizacja współwypalana-. Wśród nich proces metalizacji ceramiki aluminiowej stworzył dojrzałe podstawy zastosowań w energoelektronice, sprzęcie komunikacyjnym i nowych pojazdach energetycznych.

 

 

 

Płaskie podłoża ceramiczne zazwyczaj tworzą warstwy przewodzące na-dwuwymiarowych powierzchniach przy użyciu metod takich jak napylanie katodowe, odparowywanie, galwanizacja lub powlekanie chemiczne. Proces ten jest zaawansowany,-opłacalny i odpowiedni do produkcji masowej, co czyni go głównym rozwiązaniem w dziedzinie metalizowanej ceramiki do zastosowań elektrycznych.

 

1. Proces DPC (ceramika bezpośrednio platerowana).

Technologia DPC, oparta na mikrofabrykacji półprzewodników, umożliwia-wysoką precyzję wytwarzania obwodów poprzez napylanie warstw początkowych, przenoszenie wzoru fotolitograficznego i pogrubianie galwaniczne. Dzięki tej technologii można uzyskać cienkie linie na poziomie 20–30 μm, oferując niezwykle wysoką rozdzielczość wzoru i dokładność wyrównania. Jednocześnie stosuje procesy nisko-temperaturowe, skutecznie unikając wpływu naprężeń termicznych na strukturę materiału.

 

DPC szczególnie nadaje się do zastosowań w opakowaniach o wysokiej-integracji, takich jak opakowania LED, urządzenia mikroelektroniczne i moduły połączeniowe o-dużej gęstości, i stanowi jedną z kluczowych ścieżek technologicznych prowadzących do uzyskania precyzyjnej metalizowanej ceramiki. Jednakże grubość warstwy metalu jest ograniczona, kontrola jednorodności galwanizacji stanowi wyzwanie, a stabilność procesu stawiane są wysokie wymagania.

 

2. Proces DBC (bezpośrednia ceramika miedziana).

W procesie DBC uzyskuje się metalurgiczne wiązanie pomiędzy miedzią i ceramiką poprzez reakcję eutektyczną w wysokich temperaturach, co skutkuje wyjątkowo wysoką siłą wiązania i doskonałą przewodnością cieplną. Grubość warstwy miedzi mieści się w szerokim zakresie (120–700 μm), spełniając wymagania przesyłu dużych prądów i czyniąc go jednym z najbardziej dojrzałych rozwiązań w zakresie pakowania urządzeń elektroenergetycznych.

 

Technologia ta jest szeroko stosowana w modułach IGBT, urządzeniach zasilających i innych dziedzinach, co stanowi typowe zastosowanie ceramiki z metalizowanego tlenku glinu do komponentów elektrycznych. Jednakże dokładność szerokości linii jest stosunkowo niska, a na niezawodność mogą wpływać mikropory międzyfazowe w warunkach cykli termicznych, ograniczając w ten sposób jego zastosowanie w-precyzyjnych opakowaniach.

 

3. Proces AMB (aktywne wiązanie metalu).

Technologia AMB wprowadza lut zawierający aktywne pierwiastki, takie jak Ti, w celu uzyskania silnego wiązania międzyfazowego pomiędzy ceramiką i metalem w średnich i wysokich temperaturach, skutecznie łagodząc problemy naprężenia spowodowane niedopasowaniem rozszerzalności cieplnej. W porównaniu z tradycyjnym DBC wykazuje wyższą niezawodność w-warunkach cyklicznych w wysokich temperaturach.

 

Proces ten jest odpowiedni dla środowisk operacyjnych o dużej gęstości mocy i-wysokiej temperaturze, takich jak moduły mocy do pojazdów nowej generacji i opakowania urządzeń półprzewodnikowych-trzeciej generacji, i stanowi ważny kierunek rozwoju-metalizowanych komponentów ceramicznych o wysokiej wytrzymałości. Ma jednak wysokie wymagania co do środowiska procesu (próżnia lub atmosfera ochronna) i układu materiałowego, co skutkuje stosunkowo wysokimi kosztami.

 

 

 

W miarę jak struktury opakowań ewoluują w kierunku-integracji trójwymiarowej,-trójwymiarowe podłoża ceramiczne ze strukturami wnękowymi i możliwością łączenia wielo-warstw stopniowo stają się ważnymi nośnikami-wysokiej klasy opakowań. Ten typ technologii wykorzystuje-współspalaną ceramikę jako rdzeń, umożliwiając-okablowanie o dużej gęstości i hermetyczne opakowanie, i jest szeroko stosowany w-systemach elektronicznych o wysokiej niezawodności.

 

1. HTCC (ceramika-wypalana-w wysokiej temperaturze)

HTCC wykorzystuje-topliwe- pasty metalowe (takie jak wolfram i molibden) oraz materiały ceramiczne-współspalane w temperaturach powyżej 1500 stopni, aby utworzyć integralną strukturę. Ma doskonałą wytrzymałość mechaniczną i odporność na wysoką-temperaturę, dzięki czemu nadaje się do opakowań elektronicznych w ekstremalnych warunkach.

 

Technologia ta jest szeroko stosowana w modułach wojskowych, lotniczych i kosmicznych oraz-modułach dużej mocy i jest typowym rozwiązaniem w postaci metalizowanej obudowy ceramicznej do półprzewodników mocy. Jednak koszt jego produkcji jest wysoki, a przewodność stosunkowo ograniczona, co sprawia, że ​​nie nadaje się do precyzyjnych obwodów o wysokiej-częstotliwości.

 

2. LTCC (ceramika wypalana-w-niskiej temperaturze Co{2}}

LTCC wykorzystuje system materiałów spiekających w niskiej-temperaturze (<950℃), allowing it to be co-fired with highly conductive metals such as gold, silver, and copper. It possesses excellent electrical properties and high design flexibility. Its linewidth can be as low as 50μm, making it suitable for high-frequency, high-speed, and miniaturized packaging requirements.

 

W komunikacji 5G, systemach radarowych i-modułach wysokiej częstotliwości technologia LTCC stała się jednym z głównych rozwiązań, szeroko stosowanych w ceramice metalizowanej tlenkiem glinu do zastosowań elektronicznych. Jego wadą jest to, że jego wytrzymałość mechaniczna i przewodność cieplna są nieco niższe niż w przypadku systemów HTCC.

 

 

Z punktu widzenia zastosowania różne procesy metalizacji mają swoje zalety:

 

DPC: Precyzyjne, zminiaturyzowane opakowania → Mikroelektronika, LED

DBC: Wysoka przewodność cieplna, wysoki prąd → Moduły mocy, IGBT

AMB: Wysoka niezawodność,-cykling w wysokiej temperaturze → Nowe pojazdy energetyczne, urządzenia SiC/GaN

HTCC: Wysoka wytrzymałość, odporność na wysoką temperaturę → Środowiska wojskowe i ekstremalne

LTCC: Wysoka częstotliwość, wysoka integracja → Komunikacja i-szybka elektronika

 

W inżynierii praktycznej należy przeprowadzić kompleksowy proces selekcji, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące przewodności cieplnej, wartości znamionowe prądu, gęstość obudowy i koszt, aby osiągnąć optymalne dopasowanie wydajności. Technologie te łącznie stanowią podstawowy system technologii metalizowanej ceramiki do elementów elektrycznych.

 

 

 

Przyszły rozwój technologii metalizacji ceramiki będzie skupiał się na następujących kierunkach:

 

Wyższa przewodność cieplna (dla urządzeń SiC/GaN)

Większa precyzja okablowania (na poziomie mikronów- lub nawet nanometrów-

Kompozyty z wielu-materiałów (-wysokiej klasy ceramika, taka jak AlN i Si₃N₄)

Trójwymiarowa-integracja i system-w-pakietze (SiP)

 

Jednocześnie precyzyjna obróbka i możliwości optymalizacji strukturalnej związane z ceramiką metalizowaną tlenkiem glinu staną się kluczową przewagą konkurencyjną w zwiększaniu wartości dodanej produktu.

 

 

Jako profesjonalny producent specjalizujemy się w precyzyjnej obróbce części ceramicznych z tlenku glinu i-rozwiązaniach w zakresie metalizacji o wysokiej niezawodności, starając się zapewniać klientom zintegrowane wsparcie od wyboru materiału i projektu konstrukcyjnego po wdrożenie metalizacji. Nasze produkty obejmują metalizowane ceramiczne rurki izolacyjne,Metalizacja części ceramicznych,-precyzyjne elementy konstrukcyjne i niestandardowe podłoża opakowaniowe, szeroko stosowane w nowej energetyce, energoelektronice i-wysokiej jakości sprzęcie.

 

Wykorzystując nasz dojrzały system procesów i stabilne możliwości produkcyjne, możemy dostarczyć metalizowaną ceramikę z tlenku glinu do klejenia oraz różne typy funkcjonalnych elementów ceramicznych, które spełniają rygorystyczne wymagania aplikacji, pomagając klientom osiągnąć wyższą wydajność i większą niezawodność rozwiązań w zakresie integracji systemów.