금속화 된 세라믹이란 무엇입니까?
금속화 된 도자기는 엔지니어링 된 세라믹의 비 특정 표면에 증착 된 금속 필름 층을 말한 다음 고온 환원 분위기 (수소 또는 질소) 용광로에서 경화시켜 금속 필름이 세라믹 성분의 표면에 단단히 부착되도록합니다. 금속화 공정 후, 세라믹 표면은 금속의 특성을 제공하고 브레이징을 사용하여 세라믹과 금속 사이의 강력한 연결을 달성 할 수 있습니다.
그림 1 : 금속 된 도자기
세라믹 금속 화의 목적
전형적인 무기 금속 물질로서, 고급 세라믹은 우수한 전기, 물리적 및 화학적, 기계적, 열 및 광학적 특성으로 인해 다양한 고전압, 고전류 및 고압 진공 장치에서 널리 사용되어왔다. 이러한 실제 응용은 종종 스테인레스 스틸, 산소가없는 구리, 코바 등과 같은 다양한 재료의 세라믹 및 금속 부품의 관절을 포함합니다.
세라믹 및 금속 재료의 열 팽창 계수는 크게 차이가 있기 때문에, 두 재료는 자연적으로 습윤 효과가 좋지 않습니다. 이들 필드에서, 세라믹 및 금속 부품의 밀봉 표면은 브레이징 후 엄격한 밀봉 강도 (인장 강도) 및 기공 요건을 갖는다. 따라서 직접 연결할 수 없습니다. 따라서 세라믹 금속화 기술이 탄생했습니다.
금속 된 도자기의 강점
1. 높은 열전도율 - 칩이 생성하는 열은 세라믹 부품으로 직접 전달할 수 있습니다.
2. 이상적인 열 팽창 계수 - 고급 세라믹 및 칩의 열 팽창 계수는 비슷하며 온도 차이가 변할 때 너무 많은 변형을 일으키지 않습니다.
3. 낮은 유전체 상수 - 세라믹 재료 자체의 유전 상수는 신호 손실을 줄이므로 기술 세라믹 재료는 통신 장비 및 신호 전송에 널리 사용됩니다.
4. 높은 결합력 - 세라믹 회로 보드 제품의 금속 층 및 세라믹 기판의 높은 결합 강도, 최대 45mpa (1mm 두께의 세라믹 부품 자체의 강도보다 더 현저함)
5. 높은 작동 온도 —Ceramics는 변동이 큰 고온 및 저온주기를 견딜 수 있으며 오랫동안 800 도의 높은 작동 온도에서 작동 할 수도 있습니다.
6. 높은 전기 절연 - 산업계 세라믹은 높은 분해 전압, 특히 유약 후 세라믹 절연체를 견딜 수있는 절연 재료이며, 100kV 이상의 전압이있는 필드에도 적용 할 수 있습니다.
7. 화학적 안정성 - 세라믹 바디는 화학적 안정성이 향상됩니다. 그것은 대부분의 강산 및 염기와 반응하지 않으며 고온 환경에서 산화되지 않습니다.
세라믹 금속 화 메커니즘
세라믹 금속화의 메커니즘은 산화물 및 비금속 산화물과 같은 상이한 소결 단계에서 진행된 세라믹 및 금속 화 층에서 다양한 화학 반응 및 확산 이동을 이용합니다.
온도가 상승함에 따라, 액체상은 모든 물질이 중간 화합물을 형성하고 일반적인 용융점에 도달 할 때 형성된다. 액체 유리상은 특정 점도가 있으며 동시에 플라스틱 흐름을 생성합니다. 그 후, 유리 입자는 모세관의 작용하에 재 배열되고, 원자 또는 분자는 표면 에너지의 구동하에 확산되어 이동된다. 모공은 곡물 크기의 증가에 따라 점차적으로 수축하고 사라져서 금속화 된 층의 밀도를 실현합니다.
세라믹 금속 화 방법
1. Mo-Mn 방법
MO-MN 방법은 내화 된 금속 분말 MO에 기초한 다음 소량의 저 멜팅 포인트 MN 금속 화 공식을 마약하여 Al2O3 세라믹 표면에 바인더 코팅을 첨가 한 다음 소결을하여 MO MN 금속 화 층을 형성한다.
2. 활성화 된 MO-MN 방법
활성화 된 MO-MN 방법은 전통적인 방법을 기반으로 개선된다. 개선을위한 주요 방향은 활성화 제를 추가하고 금속 분말을 몰리브덴 및 망간 산화물 또는 염으로 대체하는 것입니다. 이 두 가지 개선은 금속 화 온도를 줄이기 위해 설계되었습니다.
3.은 페이스트 소결 방법
은 방법은 세라믹 표면에 Ag 페이스트 층을 적용하고, Ag 소금 플럭스 및 접착제로 구성된 다음, 고온에서 소결하여 Ag 이온을 원소 Ag로 감소시키는 것을 포함한다. Ag 층은 트리 에탄올 아민은 탄산염에 의해 또는 질산은을 암모니아에 첨가 한 다음 포름 알데히드 또는 포름산에 의해 감소시킴으로써 감소 될 수있다.
은 이온의 강한 확산으로 인해,은 페이스트 소결 방법은 강한 전기장에 사용되는 전기 기기에 적합하지 않습니다. 전기 특성은 고온, 높은 습도 및 직류 전기장에서 빠르게 저하됩니다.
4. 활성 금속 브레이징 -Amb
활성 금속 브레이징은 또한보다 널리 사용되는 세라믹-금속 밀봉 공정입니다. 더 적은 수의 공정, 짧은 사이클, 우수한 용접 신뢰성 및 다양한 세라믹 재료에 적합한 MO-MN 방법의 개발보다 10 년 후입니다. 세라믹-금속 밀봉은 하나의 가열 공정만으로 완료 될 수 있습니다. 브레이징 합금은 첨가 된 Ti, Zr, HF 및 TA 활성 요소를 함유하고; 첨가 된 활성 요소는 Al2O3과 반응하여 계면에서 금속 특성을 갖는 반응 층을 형성하고; 이 방법은 몰리브덴- 망간 공정과 비교하여 대규모 생산에 쉽게 적응할 수 있으며,이 방법은 비교적 간단하고 경제적입니다.
5. Direct Bond Cooper -DBC
DBC는 세라믹 표면 (주로 AL2O3 및 ALN)에서 구리 호일을 결합시키는 금속 화 방법이며, 이는 Chip-on-Board (COB) 포장 기술의 상승으로 개발 된 새로운 공정입니다. 기본 원리는 Cu와 세라믹 사이에 산소를 도입 한 다음 1065 ~ 1083 ℃에서 Cu/O 부진성 액체 상을 형성 한 다음 세라믹베이스 및 구리 포일과 반응하여 Cualo2 또는 Cu (Alo2) 2를 형성하고 결합 사이의 결합을 실현하는 것입니다. 중간 단계의 작용하에 구리 호일 및 세라믹 매트릭스.
6. 진공 마그네트론 스퍼터링
그것은 일종의 물리적 증기 증착으로, 자기 제어 기술에 의해 기판에 다층 필름을 퇴적하는 것은 다른 증착 기술에 더 나은 접착력, 오염이 적고, 증착 된 샘플의 개선 된 결정도가 높지 않은 이점을 가지고 있습니다. -품질이 좋은 영화. 이 방법으로 얻은 금속 화 층은 매우 얇으므로 부품의 치수의 정확성을 보장 할 수 있습니다. DPC 프로세스는 PTH (구멍을 통해 전기 도금) /vias (구멍을 통해)를 지원합니다. 고밀도 어셈블리가 가능합니다 - 라인/피치 (L/S) 해상도는 20μm에 도달 할 수 있으므로 경량, 소형화 및 장치의 통합을 달성합니다.
금속 화 재료
mo-MN 방법에는 주로 몰리브덴, 망간, 텅스텐, 니켈,은 및 금이 포함됩니다.
DBC 방법에는 주로 산소가없는 구리 (OFC)가 포함됩니다.
palladium (PD), 백금 (PT), 티타늄 (TI) 및 알루미늄 (AL). 선택된 금속 합금도 사용될 수 있습니다.
금속 된 도자기의 유형
1. 금속성 세라믹 구조 부품
그들은 주로 열을 보호하고, 밀폐,지지, 단열재, 연결 및 소산을 보호합니다. 사용 된 주요 재료에는 산화 알루미늄 (AL 2 O 3 ) 세라믹, 지르코니아 강화 알루미나 (ZTA), 지르코니아 세라믹 (ZRO 2 ), 알루미늄 질화물 세라믹 (ALN), 베릴륨 산화물 (BEO) 및 붕소 (BN)가 포함됩니다.
2. 금속화 된 세라믹 기판
응용 분야에서, 주로 칩 열 소산 및 절연을 돕기 위해 회로 캐리어로 사용됩니다. 1 차 물질에는 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 실리콘 및 베릴륨 산화 베릴륨이 포함됩니다.
금속 세라믹의 사용
❃ 고전력 및 고주파 응용 프로그램 : 전력 전자 장치, 마이크로파 장치, RF 앰프
❃ 전자 부품 및 장치 : 통합 회로, 저항 및 커패시터, 센서 및 변환기
Hermetic 포장 및 밀봉 : 진공관, 전자 튜브, 광전자 장치, 의료 임플란트 및 장치.
결론
세라믹의 금속 화 메커니즘과 새로운 프로세스의 탐사 및 개발에 대한보다 심오한 연구는 금속 및 세라믹 밀봉 표면을 개선하기위한 기초이며, 이는 응용 분야를 더욱 확장하고 미래의 연구 방향입니다.