Cos'è la ceramica metallizzata
La ceramica metallizzata si riferisce a uno strato di film in metallo depositato sulla superficie specifica della ceramica ingegnerizzata e quindi curata in un forno ad alta temperatura di riduzione (idrogeno o azoto) in modo che il film in metallo si attacchi strettamente alla superficie dei componenti ceramici, fare riferimento Alla Figura 1. Dopo il processo di metallizzazione, la superficie ceramica offre le caratteristiche del metallo e può ottenere una connessione avvincente tra ceramica e metallo impiegando brasatura.
Figura 1: ceramica metallizzata
Lo scopo della metallizzazione ceramica
Come tipico materiale non metallico inorganico, le ceramiche avanzate sono state ampiamente utilizzate in vari dispositivi di vuoto ad alta tensione, ad alta corrente e ad alta pressione a causa delle loro eccellenti proprietà elettriche, fisiche e chimiche, meccaniche, termiche e ottiche. Queste applicazioni pratiche coinvolgono spesso l'articolazione di ceramiche e parti metalliche in materiali diversi, come acciaio inossidabile, rame privo di ossigeno, kovar e così via.
Poiché il coefficiente di espansione termica dei materiali ceramici e metallici ha grandi differenze, i due materiali hanno naturalmente un scarso effetto di bagnatura. In questi campi, la superficie di tenuta delle parti in ceramica e metallo ha una forte resistenza alla tenuta (resistenza alla trazione) e requisiti di tenuta dell'aria dopo il brasatura. Pertanto, non possono essere collegati direttamente. Quindi, è nata la tecnologia di metallizzazione ceramica.
Punti di forza della ceramica metallica
1. Alta conducibilità termica: il calore che il chip genera può trasferirsi direttamente sulle parti ceramiche
2. Coefficiente di espansione termica ideale: il coefficiente di espansione termica della ceramica e dei chip avanzati è simile e non causerà troppe deformazioni quando la differenza di temperatura cambia.
3. costante dielettrica bassa: la costante dielettrica del materiale ceramico stesso riduce la perdita del segnale, quindi i materiali ceramici tecnici sono ampiamente utilizzati nelle apparecchiature di comunicazione e nella trasmissione del segnale.
4. Elevata forza di legame - Alta resistenza al legame dello strato metallico e del substrato ceramico dei prodotti a carrello in ceramica, fino a 45 MPa (più notevole della resistenza delle parti in ceramica di spessore da 1 mm)
5. Temperatura operativa elevata: le ceremiche possono resistere a cicli alti e a bassa temperatura con grandi fluttuazioni e possono persino funzionare a una temperatura operativa elevata di 800 gradi per lungo tempo.
6. Isolamento elettrico elevato: le ceramiche industriali sono materiali isolanti che possono resistere ad alte tensioni di rottura, in particolare gli isolanti ceramici dopo i vetri e possono persino essere applicati in campi con tensioni superiori a 100kV.
7. Stabilità chimica: il corpo ceramico ha una migliore stabilità chimica. Non reagirà con la maggior parte degli acidi e delle basi forti e non sarà ossidato in un ambiente ad alta temperatura.
Meccanismo di metallizzazione ceramica
Il meccanismo di metallizzazione ceramica sfrutta le diverse reazioni chimiche e la migrazione di diffusione di varie sostanze in ceramiche avanzate e strati metallizzati in diverse fasi di sinterizzazione, come ossidi e ossidi non metallici.
Man mano che la temperatura aumenta, la fase liquida si forma quando tutte le sostanze reagiscono per formare composti intermedi e raggiungere il punto di fusione comune. La fase di vetro liquido ha una viscosità specifica e produce un flusso di plastica contemporaneamente. Successivamente, le particelle di vetro vengono riorganizzate sotto l'azione dei capillari e gli atomi o le molecole sono diffuse e migrate sotto l'unità di energia superficiale. I pori si riducono gradualmente e scompaiono con l'aumento delle dimensioni del grano, realizzando così la densificazione dello strato metallico.
Metodi di metallizzazione ceramica
1. Metodo MO-MN
Il metodo MO-MN si basa su MO in polvere di metallo refrattario, quindi drogano una piccola quantità di formula di metallizzazione MN a bassa eliminazione, aggiungendo un rivestimento di legante alla superficie ceramica AL2O3 e quindi sinterizzazione per formare uno strato di metallizzazione Mo Mn.
2. Metodo MO-MN attivato
Il metodo MO-MN attivato è un miglioramento basato su quello tradizionale. Le principali direzioni per il miglioramento sono l'aggiunta di attivatori e la sostituzione di polvere di metallo con molibdeno e ossidi o sali di manganese. Entrambi questi miglioramenti sono progettati per ridurre la temperatura metallizzante.
3. Metodo di sinterizzazione della pasta d'argento
Il metodo d'argento prevede l'applicazione di uno strato di pasta AG sulla superficie ceramica, composto da flusso di sale Ag e adesivi, e quindi sinterizzazione ad alte temperature per ridurre gli ioni AG ad AG elementare. Lo strato AG può essere ridotto dal carbonato d'argento trietanolamina o aggiungendo nitrato d'argento all'ammoniaca e quindi ridotto da formaldeide o acido formico.
A causa della forte diffusione degli ioni argento, il metodo di sinterizzazione della pasta d'argento non è appropriato per gli apparecchi elettrici utilizzati in forti campi elettrici. Le proprietà elettriche si deteriorano rapidamente a temperature elevate, elevata umidità e campi elettrici a corrente continua.
4. Brasatura in metallo attivo- Amb
Il brasatura in metallo attivo è anche un processo di sigillatura ceramica a metallo più utilizzato; È 10 anni dopo lo sviluppo del metodo MO-MN, caratterizzato da meno processi, cicli più brevi, buona affidabilità di saldatura e adatto a una varietà di materiali ceramici diversi. La tenuta in ceramica-metallo può essere completata con un solo processo di riscaldamento. Le leghe di brasatura contengono elementi attivi aggiunti TI, ZR, HF e TA; Gli elementi attivi aggiunti reagiscono con AL2O3 per formare uno strato di reazione con caratteristiche metalliche all'interfaccia; Questo metodo può essere facilmente adattato alla produzione su larga scala, rispetto al processo di molibdeno- manganese, questo metodo è relativamente semplice ed economico.
5. Direct Bond Cooper - DBC
DBC è un metodo di metallizzazione per legare il foglio di rame su una superficie ceramica (principalmente AL2O3 e ALN), che è un nuovo processo sviluppato con l'ascesa della tecnologia di imballaggio CHIP-ON-COB). Il principio di base è introdurre ossigeno tra Cu e ceramica, quindi formare una fase liquida eutettica di Cu/o a 1065 ~ 1083 ℃, quindi reagire con la base ceramica e il foglio di rame per formare Cualo2 o Cu (Alo2) 2 e realizzare il legame tra tra la lamina di rame e la matrice ceramica sotto l'azione della fase intermedia.
6. VACCUM MAGNETRON SPUTTER
È una sorta di deposizione di vapore fisico, che deposita il film multistrato sul substrato mediante tecnologia di controllo magnetico ， che presenta i vantaggi che altre tecnologie di deposizione non hanno, con una migliore adesione, meno inquinamento e una migliore cristallinità del campione depositato per ottenere un elevato campione -Il film di qualità. Lo strato di metallizzazione ottenuto con questo metodo è molto sottile, il che può garantire l'accuratezza della dimensione della parte. Il processo DPC supporta PTH (elettroplato attraverso il foro) /VIA (tramite foro). È possibile il gruppo ad alta densità: la risoluzione di linea/pitch (L/S) può raggiungere 20 μm, raggiungendo così leggero, miniaturizzazione e integrazione dei dispositivi.
Materiali di metallizzazione
❃ Il metodo Mo-MN include principalmente molibdeno, manganese, tungsteno, nichel, argento e oro.
❃ Il metodo DBC include principalmente il rame privo di ossigeno （OFC）
❃ Materiali di altri metodi di metallizzazione: palladio (PD), platino (PT), titanio (TI) e alluminio (AL). Possono anche essere utilizzate leghe di metallo selezionate.
Tipi di ceramiche metallizzate
1. Parti strutturali in ceramica metallizzata
Proteggono principalmente, ermetico, supporto, isolamento, collegano e dissipano il calore. I materiali principali utilizzati includono ossido di alluminio (AL 2 O 3 ) ceramica, allumina tempestiva di zirconia (ZTA), ceramica di zirconia (ZRO 2 ), ceramica di nitruro di alluminio (ALN), ossido di berillio (BEO) e nitruro di boro (BN).
2. substrato ceramico metallizzato
Nell'applicazione, viene utilizzato principalmente come portatore di circuiti per aiutare la dissipazione e l'isolamento del calore del chip. I materiali primari includono allumina, nitruro di alluminio, nitruro di silicio e ossido di berillio.
Usi di ceramiche metalliche
❃ Applicazioni ad alta potenza e ad alta frequenza: elettronica di alimentazione, dispositivi a microonde, amplificatori RF
❃ Componenti e dispositivi elettronici: circuiti, resistori e condensatori integrati, sensori e trasduttori
❃ Packaging ermetico e sigillatura: tubi a vuoto, tubi elettronici, dispositivi optoelettronici, impianti medici e dispositivi.
Conclusione
La ricerca più profonda sul meccanismo di metallizzazione della ceramica e sull'esplorazione e lo sviluppo di nuovi processi è la base per migliorare la superficie di tenuta del metallo e della ceramica, che amplierà ulteriormente il campo dell'applicazione ed è la direzione di ricerca futura.