Qu'est-ce que la céramique métallisée
La céramique métallisée se réfère à une couche de film métallique déposée sur la surface spécifique de la céramique d'ingénierie, puis durcie dans une fournaise de réduction à haute température (hydrogène ou azote) afin que le film métallique se fixe étroitement à la surface des composants en céramique, se référer Pour la figure 1. Après le processus de métallisation, la surface céramique offre les caractéristiques du métal et peut obtenir une connexion convaincante entre la céramique et le métal en utilisant le brasage.
Figure 1: Céramique métallisé
Le but de la métallisation en céramique
En tant que matériau inorganique non métallique typique, les céramiques avancées ont été largement utilisées dans divers dispositifs à vide à haute tension, à courant élevé et à haute pression en raison de leurs excellentes propriétés électriques, physiques et chimiques, mécaniques, thermiques et optiques. Ces applications pratiques impliquent souvent l'articulation de la céramique et des pièces métalliques dans différents matériaux, tels que l'acier inoxydable, le cuivre sans oxygène, le kovar, etc.
Étant donné que le coefficient d'expansion thermique des matériaux en céramique et en métal a de grandes différences, les deux matériaux ont naturellement un mauvais effet de mouillage. Dans ces champs, la surface d'étanchéité des parties en céramique et en métal a une résistance à l'étanchéité stricte (résistance à la traction) et des exigences d'étanchéité de l'air après le brasage. Ainsi, ils ne peuvent pas être directement connectés. Ainsi, la technologie de métallisation en céramique est née.
Forces de céramique métallisé
1.
2.
3. Faible constante diélectrique - La constante diélectrique du matériau céramique lui-même réduit la perte de signal, de sorte que les matériaux céramiques techniques sont largement utilisés dans l'équipement de communication et la transmission du signal.
4. Force de liaison élevée - Force de liaison élevée de la couche métallique et du substrat en céramique des produits de la carte de circuit imprimé en céramique, jusqu'à 45 MPa (plus remarquable que la résistance de pièces céramiques de 1 mm d'épaisseur elles-mêmes)
5. Température de fonctionnement élevée - la merramique peut résister à des cycles élevés et à basse température avec de grandes fluctuations et peut même fonctionner à une température de fonctionnement élevée de 800 degrés pendant longtemps.
6. Isolation électrique élevée - Les céramiques industrielles sont des matériaux isolants qui peuvent résister aux tensions de dégradation élevées, en particulier les isolants en céramique après vitrage, et peuvent même être appliqués dans des champs avec des tensions supérieures à 100kV.
7. Stabilité chimique - Le corps en céramique a une meilleure stabilité chimique. Il ne réagira pas avec la plupart des acides et bases forts et ne sera pas oxydé dans un environnement à haute température.
Mécanisme de métallisation en céramique
Le mécanisme de la métallisation en céramique tire parti des différentes réactions chimiques et de la migration de diffusion de diverses substances dans la céramique avancée et les couches métallisées à différents stades de frittage, tels que les oxydes et les oxydes non métalliques.
À mesure que la température augmente, la phase liquide se forme lorsque toutes les substances réagissent pour former des composés intermédiaires et atteignent le point de fusion commun. La phase de verre liquide a une viscosité spécifique et produit simultanément un débit plastique. Par la suite, les particules de verre sont réorganisées sous l'action des capillaires, et les atomes ou les molécules sont diffusés et migrés sous le volant de l'énergie de surface. Les pores rétrécissent progressivement et disparaissent avec l'augmentation de la taille des grains, réalisant ainsi la densification de la couche métallisée.
Méthodes de métallisation en céramique
1. Méthode MO-MN
La méthode MO-MN est basée sur la poudre métallique réfractaire MO, puis dope une petite quantité de formule de métallisation MN à point à faible point, ajoutant un revêtement de liant à la surface de la céramique Al2O3, puis frittage pour former une couche de métallisation MO MN.
2. Méthode MO-MN activée
La méthode MO-MN activée est une amélioration basée sur celle traditionnelle. Les principales directions d'amélioration sont d'ajouter des activateurs et de remplacer la poudre métallique par du molybdène et des oxydes ou des sels de manganèse. Ces deux améliorations sont conçues pour réduire la température de métallisation.
3. Méthode de frittage de la pâte d'argent
La méthode argentée consiste à appliquer une couche de pâte d'ag à la surface de la céramique, composée de flux de sel Ag et d'adhésif, puis de frittage à des températures élevées pour réduire les ions Ag en Ag élémentaire. La couche AG peut être réduite par le carbonate d'argent de la triéthanolamine ou en ajoutant du nitrate d'argent à l'ammoniac puis réduit par du formaldéhyde ou de l'acide formique.
En raison de la forte diffusion des ions argentés, la méthode de frittage de la pâte d'argent n'est pas appropriée pour les appareils électriques utilisés dans des champs électriques solides. Les propriétés électriques se détérioreront rapidement à des températures élevées, une humidité élevée et des champs électriques de courant direct.
4. Brazage en métal actif- amb
Le brasage en métal actif est également un processus d'étanchéité céramique en métal plus largement utilisé; Il est 10 ans plus tard que le développement de la méthode MO-MN, caractérisé par moins de processus, des cycles plus courts, une bonne fiabilité de soudage et adapté à une variété de matériaux en céramique différents. Le scellage en céramique-métal peut être achevé avec un seul processus de chauffage. Les alliages de brasage contiennent des éléments actifs Ti, Zr, HF et TA ajoutés; Les éléments actifs ajoutés réagissent avec Al2O3 pour former une couche de réaction avec les caractéristiques métalliques à l'interface; Cette méthode peut être facilement adaptée à la production à grande échelle, par rapport au processus de molybdène - manganèse, cette méthode est relativement simple et économique.
5. Bond direct Cooper - DBC
DBC est une méthode de métallisation pour lier le papier d'aluminium en cuivre sur une surface en céramique (principalement AL2O3 et ALN), qui est un nouveau processus développé avec la montée en puissance de la technologie d'embarquement Chip-on-Board (COB). Le principe de base consiste à introduire l'oxygène entre Cu et céramique, puis former une phase liquide eutectique Cu / O à 1065 ~ 1083 ℃, puis réagir avec la base en céramique et le papier cuivre pour former Cualo2 ou Cu (Alo2) 2 et réaliser la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre la liaison entre le lien entre la feuille de cuivre et la matrice céramique sous l'action de la phase intermédiaire.
6. pulvérisation du magnétron de vaccin
Il s'agit d'une sorte de dépôt de vapeur physique, qui dépose un film multicouche sur le substrat par la technologie de contrôle magnétique ， qui présente les avantages que les autres technologies de dépôt n'ont pas, avec une meilleure adhésion, moins de pollution et une cristallinité améliorée de l'échantillon déposé pour obtenir un meilleur - Film de qualité. La couche de métallisation obtenue par cette méthode est très mince, ce qui peut garantir la précision de la dimension de la pièce. Le processus DPC prend en charge la PTH (électroplitée à travers le trou) / vias (à travers le trou). L'assemblage à haute densité est possible - la résolution de ligne / pas (L / S) peut atteindre 20 μm, atteignant ainsi la miniaturisation légère, et l'intégration des dispositifs.
Matériaux de métallisation
❃ La méthode MO-MN comprend principalement du molybdène, du manganèse, du tungstène, du nickel, de l'argent et de l'or.
❃ La méthode DBC comprend principalement du cuivre sans oxygène （OFC）
❃ Matériaux des autres méthodes de métallisation: palladium (PD), platine (PT), titane (Ti) et aluminium (AL). Les alliages métalliques sélectionnés peuvent également être utilisés.
Types de céramiques métallisées
1. Parties structurelles en céramique métallisées
Ils protègent principalement, hermétique, soutiennent, isolant, se connectent et dissipent la chaleur. Les principaux matériaux utilisés comprennent l'oxyde d'aluminium (AL 2 O 3 ) en céramique, l'alumine endurci en zircone (ZTA), la zircone céramique (ZRO 2 ), le nitrure d'aluminium céramique (ALN), l'oxyde de béryllium (BEO) et le nitrure de boron (BN).
2. Substrat en céramique métallisé
Dans l'application, il est principalement utilisé comme transporteur de circuit pour aider à la dissipation de la chaleur et à l'isolation des puces. Les matériaux principaux comprennent l'alumine, le nitrure d'aluminium, le nitrure de silicium et l'oxyde de béryllium.
Utilisations de céramiques métallisées
❃ Applications de haute puissance et haute fréquence: électronique de puissance, dispositifs micro-ondes, amplificateurs RF
❃ Composants et périphériques électroniques: circuits intégrés, résistances et condensateurs, capteurs et transducteurs
❃ Emballage hermétique et scellage: tubes à vide, tubes électroniques, dispositifs optoélectroniques, implants médicaux et dispositifs.
Conclusion
La recherche plus profonde sur le mécanisme de métallisation de la céramique et l'exploration et le développement de nouveaux processus est la base de l'amélioration de la surface d'étanchéité des métaux et de la céramique, qui élargira davantage le domaine de l'application et est la direction de la recherche future.