Pregled običajnih postopkov metalizacije in uporabe keramičnih substratov toplotnih odvodov

Ker elektronska tehnologija napreduje proti višji gostoti moči, višji frekvenci in miniaturizaciji, je upravljanje toplote postalo ključni dejavnik, ki omejuje zmogljivost in zanesljivost sistema. Keramični substrati so s svojo odlično toplotno prevodnostjo, električno izolacijo, visoko-temperaturno odpornostjo in značilnostmi za ujemanje toplotnega raztezanja postali ključni nosilci za močnostne polprevodnike in visoko-elektronsko embalažo. Zlasti s podporo ključnih procesov, kot je metalizacija aluminija, se lahko keramični materiali preobrazijo iz izolacijskih medijev v zelo zanesljive električne medsebojne strukture, ki igrajo temeljno vlogo v sodobnih elektronskih sistemih.

 

Po sintranju je treba keramične podlage metalizirati, da se ustvari prevodna plast, ki omogoča električne povezave med čipom in zunanjimi vezji. Trenutne glavne tehnologije lahko razdelimo v dve glavni kategoriji: planarna metalizacija in tri-dimenzionalna so-metalizacija. Med temi je postopek metalizacije aluminijeve keramike vzpostavil zrelo podlago za uporabo v močnostni elektroniki, komunikacijski opremi in vozilih z novo energijo.

 

 

 

Ravni keramični substrati običajno tvorijo prevodne plasti na dvo{0}}dimenzionalnih površinah z metodami, kot so razprševanje, izhlapevanje, galvanizacija ali kemična prevleka. Ta postopek je zrel, stroškovno-učinkovit in primeren za množično proizvodnjo, zaradi česar je glavna rešitev na področju metalizirane keramike za električne aplikacije.

 

1. Postopek DPC (neposredno prevlečene keramike).

Tehnologija DPC, ki temelji na mikroizdelavi polprevodnikov, dosega visoko{0}}natančno izdelavo vezja z napršenimi začetnimi plastmi, fotolitografskim prenosom vzorcev in zgoščevanjem z galvanizacijo. Ta tehnologija lahko doseže fine linije na ravni 20–30 μm, kar ponuja izjemno visoko ločljivost vzorca in natančnost poravnave. Hkrati uporablja nizko-temperaturne postopke, s čimer se učinkovito izogiba vplivu toplotne obremenitve na strukturo materiala.

 

DPC je še posebej primeren za aplikacije pakiranja z visoko-integracijo, kot so embalaža LED, mikroelektronske naprave in moduli za povezovanje z visoko-gostoto, in je ena od ključnih tehnoloških poti za doseganje natančne metalizirane keramike. Vendar pa je njegova debelina kovinske plasti omejena, nadzor enakomernosti galvanizacije je zahteven, visoke zahteve pa so postavljene glede stabilnosti procesa.

 

2. Postopek DBC (neposredna bakrena keramika).

Postopek DBC doseže metalurško vez med bakrom in keramiko z evtektično reakcijo pri visokih temperaturah, kar ima za posledico izjemno visoko trdnost vezi in odlično toplotno prevodnost. Njegova debelina bakrene plasti je v širokem razponu (120–700 μm), kar izpolnjuje zahteve prenosa visokega toka in ga uvršča med najbolj zrele rešitve za pakiranje napajalnih naprav.

 

Ta tehnologija se pogosto uporablja v IGBT modulih, napajalnih napravah in na drugih področjih, kar predstavlja tipično uporabo metalizirane aluminijeve keramike za električne komponente. Vendar pa je njegova natančnost širine črte razmeroma nizka, na zanesljivost pa lahko vplivajo mikropore na površini v pogojih termičnega cikla, kar omejuje njegovo uporabo v visoko{1}}natančni embalaži.

 

3. Postopek AMB (Active Metal Bonding).

Tehnologija AMB uvaja aktivne elemente, ki vsebujejo spajke, kot je Ti, za doseganje močne medfazne vezi med keramiko in kovino pri srednjih do visokih temperaturah, kar učinkovito blaži težave z napetostjo, ki jih povzroča neusklajenost toplotnega raztezanja. V primerjavi s tradicionalnim DBC izkazuje vrhunsko zanesljivost pri visokih-temperaturnih cikličnih pogojih.

 

Ta postopek je primeren za delovna okolja z visoko gostoto moči in visoko-temperaturo, kot so napajalni moduli za nova energetska vozila in embalaža polprevodniških naprav tretje-generacije, in je pomembna smer za razvoj visoko{2}}trdnih metaliziranih keramičnih komponent. Vendar ima visoke zahteve glede procesnega okolja (vakuum ali zaščitna atmosfera) in materialnega sistema, kar ima za posledico relativno visoke stroške.

 

 

 

Ker se embalažne strukture razvijajo v smeri tri-dimenzionalne integracije, tri-dimenzionalni keramični substrati z votlimi strukturami in več-zmožnostmi medsebojnega povezovanja postopoma postajajo pomembni nosilci{-za visokokakovostno embalažo. Ta vrsta tehnologije kot jedro uporablja so-žgano keramiko, ki omogoča visoko-gosto ožičenja in hermetično zaprto embalažo, in se široko uporablja v visoko-zanesljivih elektronskih sistemih.

 

1. HTCC (visokotemperaturna so-pečena keramika)

HTCC uporablja kovinske paste z visokim -tališčem- (kot sta volfram in molibden) in keramične materiale, so-pečene pri temperaturah nad 1500 stopinj, da tvorijo celovito strukturo. Ima odlično mehansko trdnost in odpornost na visoke-temperature, zaradi česar je primeren za elektronsko embalažo v ekstremnih okoljih.

 

Ta tehnologija se pogosto uporablja v vojaških, vesoljskih in visoko{0}}zmogljivih modulih in je tipična rešitev metaliziranega keramičnega ohišja za močnostne polprevodnike. Vendar so njegovi proizvodni stroški visoki, njegova prevodnost pa razmeroma omejena, zaradi česar ni primeren za visoko-frekvenčna natančna vezja.

 

2. LTCC (nizkotemperaturna so-pečena keramika)

LTCC uporablja nizko{0}}temperaturni sistem za sintranje materiala (<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.

 

V komunikacijah 5G, radarskih sistemih in visoko-frekvenčnih modulih je LTCC postal ena od glavnih rešitev, ki se pogosto uporablja v metalizirani keramiki iz aluminijevega oksida za elektronske aplikacije. Njegova pomanjkljivost je, da sta njegova mehanska trdnost in toplotna prevodnost nekoliko nižji kot pri sistemih HTCC.

 

 

Z vidika uporabe imajo različni postopki metalizacije vsak svoje prednosti:

 

DPC: Visoka natančnost, miniaturizirana embalaža → Mikroelektronika, LED

DBC: Visoka toplotna prevodnost, visok tok → Napajalni moduli, IGBT-ji

AMB: Visoka zanesljivost, visoko{0}}temperaturno kroženje → Nova energetska vozila, naprave SiC/GaN

HTCC: Visoka trdnost, odpornost na visoke temperature → Vojaška in ekstremna okolja

LTCC: Visoka frekvenca, visoka integracija → Komunikacija in-hitra elektronika

 

V praktičnem inženiringu je treba izvesti celovit postopek izbire, pri čemer je treba upoštevati zahteve glede toplotne prevodnosti, nazivnega toka, gostote paketa in stroškov, da se doseže optimalno ujemanje zmogljivosti. Te tehnologije skupaj sestavljajo osrednji tehnološki sistem metalizirane keramike za električne komponente.

 

 

 

Prihodnji razvoj tehnologije metalizacije keramike bo usmerjen v naslednje smeri:

 

Višja toplotna prevodnost (za naprave SiC/GaN)

Večja natančnost ožičenja (mikronska-raven ali celo nanometrska-raven)

Več{0}}kompoziti (-keramika vrhunskega razreda, kot sta AlN in Si₃N₄)

Tri{0}}dimenzionalna integracija in sistem-v-paketu (SiP)

 

Hkrati bodo zmožnosti natančne obdelave in strukturne optimizacije, povezane z metalizirano keramiko iz aluminijevega oksida, postale ključna konkurenčna prednost pri povečevanju dodane vrednosti izdelka.

 

 

Kot profesionalni proizvajalec smo specializirani za natančno obdelavo keramičnih delov iz aluminijevega oksida in visoko{0}}zanesljive rešitve za metalizacijo, zavezani k zagotavljanju integrirane podpore strankam od izbire materiala in strukturnega oblikovanja do izvajanja metalizacije. Naši izdelki zajemajo metalizirane keramične izolacijske cevi,Metaliziranje keramičnih delov, visoko{0}}natančne strukturne komponente in prilagojene podlage za embalažo, ki se pogosto uporabljajo v novi energiji, močnostni elektroniki in-naprednih področjih opreme.

 

Z izkoriščanjem našega zrelega procesnega sistema in stabilnih proizvodnih zmogljivosti lahko zagotovimo metalizirano keramiko iz aluminijevega oksida za lepljenje in različne vrste funkcionalnih keramičnih komponent, ki izpolnjujejo stroge zahteve uporabe, s čimer strankam pomagamo doseči višjo zmogljivost in zanesljivejše rešitve sistemske integracije.