Apa itu keramik metalisasi
Keramik yang metalisasi mengacu pada lapisan film logam yang diendapkan ke permukaan spesifik keramik yang direkayasa dan kemudian disembuhkan dalam tungku reduksi suhu tinggi (Hidrogen atau Nitrogen) sehingga film logam akan menempel dengan ketat ke permukaan komponen keramik, Untuk Gambar 1. Setelah proses metalisasi, permukaan keramik menawarkan karakteristik logam dan dapat mencapai hubungan yang menarik antara keramik dan logam dengan menggunakan pemarah.
Gambar 1: Keramik ternama
Tujuan metalisasi keramik
Sebagai bahan non-logam anorganik khas, keramik canggih telah banyak digunakan dalam berbagai tegangan tinggi, arus tinggi, dan perangkat vakum bertekanan tinggi karena sifatnya yang sangat baik, fisik & kimia, mekanik, termal, dan optik. Aplikasi praktis ini sering melibatkan sambungan keramik dan bagian logam dalam bahan yang berbeda, seperti stainless steel, tembaga bebas oksigen, kovar, dan sebagainya.
Karena koefisien ekspansi termal dari bahan keramik dan logam memiliki perbedaan besar, kedua bahan tersebut secara alami memiliki efek pembasahan yang buruk. Di ladang -ladang ini, permukaan penyegelan bagian keramik dan logam memiliki kekuatan penyegelan yang ketat (kekuatan tarik) dan persyaratan keketatan udara setelah membrazing. Dengan demikian, mereka tidak dapat terhubung secara langsung. Jadi, teknologi metalisasi keramik lahir.
Kekuatan Keramik Metalized
1. Konduktivitas Termal Tinggi - Panas yang dihasilkan chip dapat secara langsung ditransfer ke bagian keramik
2. Koefisien Ekspansi Termal Ideal - Koefisien ekspansi termal keramik dan chip canggih serupa, dan tidak akan menyebabkan terlalu banyak deformasi ketika perbedaan suhu berubah.
3. Konstanta Dielektrik Rendah - Konstanta dielektrik dari bahan keramik itu sendiri mengurangi kehilangan sinyal, sehingga bahan keramik teknis banyak digunakan dalam peralatan komunikasi dan transmisi sinyal.
4. Gaya Ikatan Tinggi - Kekuatan ikatan tinggi lapisan logam dan substrat keramik dari produk papan sirkuit keramik, hingga 45mpa (lebih luar biasa daripada kekuatan bagian keramik setebal 1mm sendiri)
5. Suhu operasi yang tinggi-Beram dapat menahan siklus tinggi dan suhu rendah dengan fluktuasi yang besar dan bahkan dapat beroperasi pada suhu operasi tinggi 800 derajat untuk waktu yang lama.
6. Insulasi listrik tinggi - Keramik industri adalah bahan isolasi yang dapat menahan tegangan kerusakan tinggi, terutama isolator keramik setelah kaca, dan bahkan dapat diterapkan di bidang dengan tegangan di atas 100kV.
7. Stabilitas Kimia - Tubuh keramik memiliki stabilitas kimia yang lebih baik. Ini tidak akan bereaksi dengan sebagian besar asam dan basa kuat dan tidak akan dioksidasi dalam lingkungan suhu tinggi.
Mekanisme metalisasi keramik
Mekanisme metalisasi keramik memanfaatkan reaksi kimia yang berbeda dan migrasi difusi berbagai zat dalam keramik lanjut dan lapisan metalisasi pada tahap sintering yang berbeda, seperti oksida dan oksida non -logam.
Ketika suhu naik, fase cair terbentuk ketika semua zat bereaksi untuk membentuk senyawa menengah dan mencapai titik leleh yang umum. Fase kaca cair memiliki viskositas spesifik dan menghasilkan aliran plastik secara bersamaan. Setelah itu, partikel -partikel kaca disusun kembali di bawah aksi kapiler, dan atom atau molekul disebarkan dan dimigrasi di bawah dorongan energi permukaan. Pori -pori secara bertahap menyusut dan menghilang dengan meningkatnya ukuran butir, sehingga mewujudkan kepadatan lapisan yang disetujui.
Metode metalisasi keramik
1. Metode MO-MN
Metode MO-MN didasarkan pada MO bubuk logam refraktori, dan kemudian ganja sejumlah kecil rumus metalisasi Mn Mn yang meleleh, menambahkan lapisan pengikat ke permukaan keramik AL2O3, dan kemudian disinter untuk membentuk lapisan metalisasi Mn Mn.
2. Metode MO-MN yang diaktifkan
Metode MO-MN yang diaktifkan adalah peningkatan berdasarkan yang tradisional. Arah utama untuk perbaikan adalah menambahkan aktivator dan mengganti bubuk logam dengan molibdenum dan oksida mangan atau garam. Kedua perbaikan ini dirancang untuk mengurangi suhu metalisasi.
3. Metode sintering pasta perak
Metode perak melibatkan penerapan lapisan pasta Ag pada permukaan keramik, terdiri dari fluks garam Ag dan perekat, dan kemudian sintering pada suhu tinggi untuk mengurangi ion Ag ke ag unsur. Lapisan Ag dapat dikurangi dengan triethanolamine perak karbonat atau dengan menambahkan nitrat perak ke amonia dan kemudian dikurangi dengan formaldehida atau asam format.
Karena difusi yang kuat dari ion perak, metode sintering pasta perak tidak sesuai untuk peralatan listrik yang digunakan dalam medan listrik yang kuat. Sifat listrik akan memburuk dengan cepat di bawah suhu tinggi, kelembaban tinggi, dan medan listrik arus mengarah.
4. Brazing logam aktif- Amb
Brazing logam aktif juga merupakan proses penyegelan keramik-ke-logam yang lebih banyak digunakan; Ini 10 tahun lebih lambat dari pengembangan metode MO-MN, ditandai dengan lebih sedikit proses, siklus yang lebih pendek, keandalan pengelasan yang baik, dan cocok untuk berbagai bahan keramik yang berbeda. Penyegelan logam keramik dapat diselesaikan dengan hanya satu proses pemanasan. Paduan Brazing mengandung elemen aktif Ti, Zr, HF, dan TA; Elemen aktif yang ditambahkan bereaksi dengan AL2O3 untuk membentuk lapisan reaksi dengan karakteristik logam pada antarmuka; Metode ini dapat dengan mudah disesuaikan dengan produksi skala besar, dibandingkan dengan proses molibdenum- mangan, metode ini relatif sederhana dan ekonomis.
5. Direct Bond Cooper - DBC
DBC adalah metode metalisasi dari ikatan foil tembaga pada permukaan keramik (terutama AL2O3 dan ALN), yang merupakan proses baru yang dikembangkan dengan munculnya teknologi pengemasan chip-on-board (COB). Prinsip dasarnya adalah memperkenalkan oksigen antara Cu dan keramik, dan kemudian membentuk fase cairan eutektik Cu/o pada 1065 ~ 1083 ℃, dan kemudian bereaksi dengan basis keramik dan foil tembaga untuk membentuk CualO2 atau Cu (Alo2) 2 dan mewujudkan ikatan antara antara antara foil tembaga dan matriks keramik di bawah aksi fase menengah.
6. Vaccum Magnetron Sputtering
Ini adalah semacam deposisi uap fisik, yang menyimpan film multilayer pada substrat oleh teknologi kontrol magnetik, yang memiliki kelebihan yang tidak dimiliki teknologi deposisi lain, dengan adhesi yang lebih baik, lebih sedikit polusi, dan peningkatan kristalinitas sampel yang diendapkan untuk mendapatkan tinggi untuk mendapatkan tinggi -film berkualitas. Lapisan metalisasi yang diperoleh dengan metode ini sangat tipis, yang dapat memastikan keakuratan dimensi bagian. Proses DPC mendukung PTH (terselektroplated melalui lubang) /vias (melalui lubang). Rakitan kepadatan tinggi dimungkinkan - resolusi garis/pitch (L/S) dapat mencapai 20μm, sehingga mencapai ringan, miniaturisasi, dan integrasi perangkat.
Bahan metalisasi
Metode Metode Mo-MN terutama mencakup molibdenum, mangan, tungsten, nikel, perak, dan emas.
❃ Metode DBC terutama mencakup tembaga bebas oksigen （OFC）
❃ Bahan metode metalisasi lainnya: paladium (PD), platinum (Pt), titanium (TI), dan aluminium (AL). Paduan logam yang dipilih juga dapat digunakan.
Jenis keramik logam
1. Bagian struktural keramik logam
Mereka terutama melindungi, hermetis, dukungan, isolasi, menghubungkan, dan menghilangkan panas. Bahan utama yang digunakan termasuk aluminium oksida (AL 2 O 3 ) keramik, zirkonia dikeraskan alumina (ZTA), zirkonia keramik (ZRO 2 ), keramik aluminium nitrida (ALN), berilium oksida (beo) dan boron nitrida (BN).
2. Substrat keramik logam
Dalam aplikasi, ini terutama digunakan sebagai pembawa sirkuit untuk membantu disipasi dan isolasi panas chip. Bahan utama termasuk alumina, aluminium nitrida, silikon nitrida, dan berilium oksida.
Penggunaan Keramik Metalized
❃ Aplikasi Power dan Frekuensi Tinggi: Elektronik Daya, Perangkat Gelombang Mikro, Amplifier RF
❃ Komponen dan Perangkat Elektronik: Sirkuit Terpadu, Resistor dan Kapasitor, Sensor dan Transduser
❃ Kemasan dan penyegelan hermetis: tabung vakum, tabung elektron, perangkat optoelektronik, implan medis, dan perangkat.
Kesimpulan
Penelitian yang lebih mendalam tentang mekanisme metalisasi keramik dan eksplorasi dan pengembangan proses baru adalah dasar untuk meningkatkan permukaan penyegelan logam dan keramik, yang selanjutnya akan memperluas bidang aplikasi dan merupakan arah penelitian di masa depan.