Τι είναι το μεταλλοποιημένο κεραμικό
Τα μεταλλοποιημένα κεραμικά αναφέρονται σε ένα στρώμα μεταλλικού μεμβράνης που εναποτίθεται στην συγκεκριμένη επιφάνεια των κατασκευασμένων κεραμικών και στη συνέχεια θεραπεύεται σε κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας (υδρογόνο ή άζωτο) έτσι ώστε το μεταλλικό φιλμ να προσκολληθεί σφιχτά στην επιφάνεια των κεραμικών συστατικών, να ανατρέξει Στο Σχήμα 1. Μετά τη διαδικασία μεταλλικής, η κεραμική επιφάνεια προσφέρει τα χαρακτηριστικά του μετάλλου και μπορεί να επιτύχει μια συναρπαστική σύνδεση μεταξύ κεραμικού και μετάλλου χρησιμοποιώντας τη συγκόλληση.
Εικόνα 1: Μεταλλισμένα κεραμικά
Ο σκοπός της κεραμικής μεταλλοποίησης
Ως τυπικό ανόργανο μη μεταλλικό υλικό, τα προηγμένα κεραμικά έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορες συσκευές κενού υψηλής τάσης, υψηλής ρεύματος και υψηλής πίεσης λόγω των εξαιρετικών ηλεκτρικών, φυσικών και χημικών, μηχανικών, θερμικών και οπτικών ιδιοτήτων τους. Αυτές οι πρακτικές εφαρμογές συχνά περιλαμβάνουν την άρθρωση κεραμικών και μεταλλικών τμημάτων σε διαφορετικά υλικά, όπως ανοξείδωτο χάλυβα, χαλκό χωρίς οξυγόνο, kovar κ.ο.κ.
Δεδομένου ότι ο συντελεστής θερμικής διαστολής των κεραμικών και μεταλλικών υλικών έχει τεράστιες διαφορές, τα δύο υλικά έχουν φυσικά ένα κακό αποτέλεσμα διαβροχής. Σε αυτά τα πεδία, η επιφάνεια στεγανοποίησης των κεραμικών και μεταλλικών εξαρτημάτων έχει αυστηρή αντοχή σφράγισης (αντοχή σε εφελκυσμό) και απαιτήσεις αεραγωγίας μετά τη συγκόλληση. Έτσι, δεν μπορούν να συνδεθούν άμεσα. Έτσι, γεννήθηκε η τεχνολογία κεραμικής μεταλλοποίησης.
Πλεονεκτήματα μεταλλοποιημένης κεραμικής
1. Υψηλή θερμική αγωγιμότητα - Η θερμότητα που παράγει το τσιπ μπορεί να μεταφερθεί απευθείας στα κεραμικά μέρη
2. Ιδανικός συντελεστής θερμικής διαστολής - ο συντελεστής θερμικής διαστολής των προηγμένων κεραμικών και των τσιπ είναι παρόμοιος και δεν θα προκαλέσει υπερβολική παραμόρφωση όταν αλλάζει η διαφορά θερμοκρασίας.
3. Χαμηλή διηλεκτρική σταθερά - η διηλεκτρική σταθερά του ίδιου του κεραμικού υλικού μειώνει την απώλεια σήματος, έτσι τα τεχνικά κεραμικά υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως στον εξοπλισμό επικοινωνίας και στη μετάδοση σήματος.
4. Υψηλή δύναμη συγκόλλησης - Υψηλή αντοχή συγκόλλησης μεταλλικού στρώματος και κεραμικό υπόστρωμα προϊόντων κεραμικών κυκλωμάτων, μέχρι 45MPa (πιο αξιοσημείωτη από τη δύναμη των ίδιων των κεραμικών τμημάτων πάχους 1 mm)
5. Υψηλής θερμοκρασίας λειτουργίας-οι κύκλοι υψηλής θερμοκρασίας μπορούν να αντέξουν σε υψηλούς και χαμηλής θερμοκρασίας κύκλους με μεγάλες διακυμάνσεις και μπορούν ακόμη και να λειτουργούν σε υψηλή θερμοκρασία λειτουργίας 800 βαθμών για μεγάλο χρονικό διάστημα.
6. Υψηλή ηλεκτρική μόνωση - Τα βιομηχανικά κεραμικά είναι μονωτικά υλικά που μπορούν να αντέξουν σε υψηλές τάσεις διάσπασης, ειδικά σε κεραμικά μονωτήρα μετά από υαλοπίνακες, και μπορούν ακόμη και να εφαρμοστούν σε πεδία με τάσεις πάνω από 100kV.
7. Χημική σταθερότητα - Το κεραμικό σώμα έχει καλύτερη χημική σταθερότητα. Δεν θα αντιδράσει με τα πιο ισχυρά οξέα και βάσεις και δεν θα οξειδωθεί σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας.
Μηχανισμός μεταλλοποίησης κεραμικής
Ο μηχανισμός της κεραμικής μεταλλοποίησης εκμεταλλεύεται τις διαφορετικές χημικές αντιδράσεις και τη μετανάστευση διάχυσης διαφόρων ουσιών σε προχωρημένα κεραμικά και μεταλλοποιημένα στρώματα σε διαφορετικά στάδια πυροσυσσωμάτωσης, όπως οξείδια και μη μεταλλικά οξείδια.
Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η υγρή φάση σχηματίζεται όταν όλες οι ουσίες αντιδρούν για να σχηματίσουν ενδιάμεσες ενώσεις και φθάνουν στο κοινό σημείο τήξης. Η φάση υγρού γυαλιού έχει ένα συγκεκριμένο ιξώδες και παράγει μια πλαστική ροή ταυτόχρονα. Στη συνέχεια, τα σωματίδια γυαλιού αναδιατάσσονται κάτω από τη δράση των τριχοειδών αγγείων και τα άτομα ή τα μόρια διαχέονται και μετανάστευσαν κάτω από την κίνηση της επιφανειακής ενέργειας. Οι πόροι συρρικνώνονται σταδιακά και εξαφανίζονται με την αύξηση του μεγέθους των κόκκων, συνειδητοποιώντας έτσι την πυκνότητα του μεταλλοποιημένου στρώματος.
Κεραμικές μεθόδους μεταλλοποίησης
1. Mo-Mn Method
Η μέθοδος MO-MN βασίζεται σε ανθεκτική μεταλλική σκόνη MO και στη συνέχεια να dope μια μικρή ποσότητα χαμηλής μείωσης του τύπου μεταλλοποίησης MN, προσθέτοντας μια επίστρωση συνδετικού υλικού στην κεραμική επιφάνεια AL2O3 και στη συνέχεια να σχηματίσει ένα στρώμα μεταλλοποίησης MO MN.
2. Ενεργοποιημένη μέθοδος MO-MN
Η ενεργοποιημένη μέθοδος MO-MN είναι μια βελτίωση που βασίζεται στην παραδοσιακή. Οι κύριες κατευθύνσεις για τη βελτίωση είναι η προσθήκη ενεργοποιητών και η αντικατάσταση της μεταλλικής σκόνης με οξείδια ή οξείδια ή άλατα μολυβδαινίου και μαγγανίου. Και οι δύο αυτές βελτιώσεις έχουν σχεδιαστεί για να μειώσουν τη θερμοκρασία μεταλλικών.
3. ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΣΧΥΠΟΠΟΙΗΣΗΣ ΑΣΧΥΤΙΚΗΣ
Η μέθοδος αργύρου περιλαμβάνει την εφαρμογή ενός στρώματος πάστα Ag στην κεραμική επιφάνεια, που αποτελείται από ροή άλατος Ag και συγκολλητικά και στη συνέχεια πυροσυσσωμάτω σε υψηλές θερμοκρασίες για τη μείωση των ιόντων Ag σε στοιχειώδη Ag. Το στρώμα Ag μπορεί να μειωθεί με ανθρακικό ασήμι τριαθανολαμίνης ή με την προσθήκη νιτρικού αργύρου σε αμμωνία και στη συνέχεια μειώνεται με φορμαλδεΰδη ή μυρμηκικό οξύ.
Λόγω της ισχυρής διάχυσης των ιόντων αργύρου, η μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης αργύρου δεν είναι κατάλληλη για ηλεκτρικές συσκευές που χρησιμοποιούνται σε ισχυρά ηλεκτρικά πεδία. Οι ηλεκτρικές ιδιότητες θα επιδεινωθούν γρήγορα κάτω από υψηλές θερμοκρασίες, υψηλή υγρασία και άμεσα ηλεκτρικά πεδία ρεύματος.
4. Ενεργό μεταλλικό συγκόλληση- Amb
Η ενεργή μεταλλική συγκόλληση είναι επίσης μια ευρύτερα χρησιμοποιούμενη διαδικασία στεγανοποίησης κεραμικών σε μέταλλο. Είναι 10 χρόνια αργότερα από την ανάπτυξη της μεθόδου MO-MN, που χαρακτηρίζεται από λιγότερες διαδικασίες, μικρότερους κύκλους, καλή αξιοπιστία συγκόλλησης και κατάλληλη για μια ποικιλία διαφορετικών κεραμικών υλικών. Η σφράγιση κεραμικού μετάλλου μπορεί να ολοκληρωθεί με μόνο μία διαδικασία θέρμανσης. Τα κράματα συγκόλλησης περιέχουν πρόσθετα στοιχεία Ti, Zr, HF και TA. Τα προστιθέμενα ενεργά στοιχεία αντιδρούν με το AL2O3 για να σχηματίσουν ένα στρώμα αντίδρασης με μεταλλικά χαρακτηριστικά στη διεπαφή. Αυτή η μέθοδος μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί σε παραγωγή μεγάλης κλίμακας, σε σύγκριση με τη διαδικασία μολυβδαινίου- μαγγανίου, αυτή η μέθοδος είναι σχετικά απλή και οικονομική.
5. Direct Bond Cooper - DBC
Το DBC είναι μια μέθοδος μεταλλοποίησης για τη συγκόλληση του φύλλου χαλκού σε μια κεραμική επιφάνεια (κυρίως AL2O3 και ALN), η οποία είναι μια νέα διαδικασία που αναπτύχθηκε με την άνοδο της τεχνολογίας συσκευασίας Chip-on-board (COB). Η βασική αρχή είναι να εισαχθεί οξυγόνο μεταξύ Cu και Ceramic, και στη συνέχεια να σχηματιστεί Cu/o Eutectic Liquid Phase στο 1065 ~ 1083 ℃, και στη συνέχεια να αντιδράσει με κεραμική βάση και φύλλο χαλκού για να σχηματίσει Cualo2 ή Cu (Alo2) 2 και να συνειδητοποιήσει τη σύνδεση μεταξύ το φύλλο χαλκού και η κεραμική μήτρα υπό τη δράση της ενδιάμεσης φάσης.
6. Ψεκασμό Magnetron Vaccum Magnetron
Πρόκειται για ένα είδος φυσικής εναπόθεσης ατμών, το οποίο καταθέτει φιλμ πολλαπλών στρώσεων στο υπόστρωμα με τεχνολογία μαγνητικού ελέγχου, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα που δεν διαθέτουν άλλες τεχνολογίες εναπόθεσης, με καλύτερη πρόσφυση, λιγότερη ρύπανση και βελτιωμένη κρυσταλλικότητα του κατατεθειμένου δείγματος για να αποκτήσουν υψηλά -Το ταινία ποιότητας. Το στρώμα μεταλλοποίησης που λαμβάνεται με αυτή τη μέθοδο είναι πολύ λεπτό, γεγονός που μπορεί να εξασφαλίσει την ακρίβεια της διάστασης του τμήματος. Η διαδικασία DPC υποστηρίζει PTH (ηλεκτρολυμένη με οπή) /vias (μέσω οπής). Το συγκρότημα υψηλής πυκνότητας είναι δυνατή - η ανάλυση γραμμής/βήματος (L/S) μπορεί να φτάσει τα 20 μm, επιτυγχάνοντας έτσι ελαφρύ, μικροσκοπικό και ενσωμάτωση συσκευών.
Υλικά μεταλλοποίησης
❃ Η μέθοδος MO-MN περιλαμβάνει κυρίως μολυβδαίνιο, μαγγάνιο, βολφραμικό, νικέλιο, ασήμι και χρυσό.
❃ Η μέθοδος DBC περιλαμβάνει κυρίως χαλκό χωρίς οξυγόνο (OFC）
❃ Υλικά άλλων μεθόδων μεταλλοποίησης: Palladium (PD), πλατίνα (PT), τιτάνιο (TI) και αλουμίνιο (AL). Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν επιλεγμένα κράματα μετάλλων.
Τύποι μεταλλοποιημένης κεραμικής
1 μεταλλοποιημένα κεραμικά δομικά μέρη
Προστατεύουν κυρίως, ερμητική, υποστήριξη, μόνωση, συνδέουν και διαλύουν τη θερμότητα. Τα κύρια υλικά που χρησιμοποιήθηκαν περιλαμβάνουν κεραμικό οξείδιο του αργιλίου (AL 2 O 3 ), ζιρκόνια σκληρυμένη αλουμίνα (ZTA), κεραμικό ζιρκονίας (ZRO 2 ), κεραμικό νιτρίδιο αλουμινίου (ALN), οξείδιο βηρυλλίου (BEO) και νιτρίδιο βορίου (ΒΝ).
2. Μεταλλισμένο κεραμικό υπόστρωμα
Στην εφαρμογή, χρησιμοποιείται κυρίως ως φορέας κυκλώματος για να βοηθήσει τη διάχυση της θερμότητας και τη μόνωση. Τα πρωτογενή υλικά περιλαμβάνουν αλουμίνα, νιτρίδιο αλουμινίου, νιτρίδιο πυριτίου και οξείδιο βηρυλλίου.
Χρήσεις μεταλλοποιημένης κεραμικής
❃ Εφαρμογές υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας: Ηλεκτρονικά ισχύος, συσκευές μικροκυμάτων, ενισχυτές RF
❃ ηλεκτρονικά εξαρτήματα και συσκευές: ολοκληρωμένα κυκλώματα, αντιστάσεις και πυκνωτές, αισθητήρες και μετατροπείς
❃ Ερμητική συσκευασία και σφράγιση: σωλήνες κενού, σωλήνες ηλεκτρονίων, οπτοηλεκτρονικές συσκευές, ιατρικά εμφυτεύματα και συσκευές.
Σύναψη
Η πιο βαθιά έρευνα σχετικά με τον μηχανισμό μεταλλοποίησης της κεραμικής και την εξερεύνηση και ανάπτυξη νέων διεργασιών είναι η βάση για τη βελτίωση της επιφάνειας μετάλλων και κεραμικής σφράγισης, η οποία θα επεκτείνει περαιτέρω το πεδίο εφαρμογής και είναι η μελλοντική κατεύθυνση της έρευνας.