Apa itu seramik logam
Seramik logam merujuk kepada lapisan filem logam yang didepositkan ke permukaan spesifik keramik kejuruteraan dan kemudian sembuh dalam suasana pengurangan suhu tinggi (hidrogen atau nitrogen) sehingga filem logam akan melekat pada permukaan komponen seramik, rujuk kepada Rajah 1. Selepas proses metik, permukaan seramik menawarkan ciri -ciri logam dan dapat mencapai hubungan yang menarik antara seramik dan logam dengan menggunakan brazing.
Rajah 1: Seramik logam
Tujuan metalisasi seramik
Sebagai bahan bukan logam yang tidak organik, seramik maju telah digunakan secara meluas dalam pelbagai voltan tinggi, arus tinggi, dan peranti vakum tekanan tinggi kerana sifat elektrik, fizikal & kimia, mekanikal, terma, dan optik yang sangat baik. Aplikasi praktikal ini sering melibatkan sendi seramik dan bahagian logam dalam bahan yang berbeza, seperti keluli tahan karat, tembaga bebas oksigen, kovar, dan sebagainya.
Oleh kerana pekali pengembangan haba bahan seramik dan logam mempunyai perbezaan yang besar, kedua -dua bahan secara semulajadi mempunyai kesan pembasahan yang lemah. Dalam bidang ini, permukaan pengedap bahagian seramik dan logam mempunyai kekuatan pengedap yang ketat (kekuatan tegangan) dan keperluan ketegangan udara selepas Brazing. Oleh itu, mereka tidak boleh dihubungkan secara langsung. Oleh itu, teknologi metalisasi seramik dilahirkan.
Kekuatan seramik logam
1. Kekonduksian terma tinggi -haba yang dihasilkan cip boleh terus dipindahkan ke bahagian seramik
2. Koefisien pengembangan haba yang ideal -pekali pengembangan haba seramik dan cip maju adalah serupa, dan ia tidak akan menyebabkan terlalu banyak ubah bentuk apabila perbezaan suhu berubah.
3. Pemalar dielektrik rendah -pemalar dielektrik bahan seramik itu sendiri mengurangkan kehilangan isyarat, jadi bahan seramik teknikal digunakan secara meluas dalam peralatan komunikasi dan penghantaran isyarat.
4. Kekuatan ikatan yang tinggi - Kekuatan ikatan tinggi lapisan logam dan substrat seramik produk papan litar seramik, sehingga 45mpa (lebih luar biasa daripada kekuatan bahagian seramik tebal 1mm sendiri)
5. Seramik suhu operasi yang tinggi dapat menahan kitaran suhu tinggi dan rendah dengan turun naik yang besar dan bahkan dapat beroperasi pada suhu operasi tinggi 800 darjah untuk waktu yang lama.
6. Seramik Industri Penebat Elektrik Tinggi adalah bahan penebat yang dapat menahan voltan kerosakan yang tinggi, terutama penebat seramik selepas kaca, dan bahkan boleh digunakan dalam bidang dengan voltan di atas 100kV.
7. Kestabilan kimia -badan seramik mempunyai kestabilan kimia yang lebih baik. Ia tidak akan bertindak balas dengan asid dan asas yang paling kuat dan tidak akan dioksidakan dalam persekitaran suhu tinggi.
Mekanisme metalisasi seramik
Mekanisme metallization seramik mengambil kesempatan daripada tindak balas kimia yang berlainan dan penghijrahan penyebaran pelbagai bahan dalam seramik lanjutan dan lapisan logam pada tahap sintering yang berbeza, seperti oksida dan oksida bukan logam.
Apabila suhu meningkat, fasa cecair terbentuk apabila semua bahan bertindak balas untuk membentuk sebatian pertengahan dan mencapai titik lebur yang sama. Fasa kaca cecair mempunyai kelikatan khusus dan menghasilkan aliran plastik secara serentak. Selepas itu, zarah -zarah kaca disusun semula di bawah tindakan kapilari, dan atom atau molekul tersebar dan dipindahkan di bawah pemacu tenaga permukaan. Liang -liang secara beransur -ansur mengecut dan hilang dengan peningkatan saiz bijian, dengan itu menyedari penyebaran lapisan metal.
Kaedah metalisasi seramik
1. Kaedah Mo-Mn
Kaedah MO-MN didasarkan pada serbuk logam refraktori MO, dan kemudian dope sedikit formula metalisasi titik rendah Mn, sambil menambah salutan pengikat ke permukaan seramik Al2O3, dan kemudian sintering untuk membentuk lapisan metalisasi MO.
2. Kaedah MO-MN diaktifkan
Kaedah MO-MN yang diaktifkan adalah peningkatan berdasarkan tradisional. Arahan utama untuk penambahbaikan adalah menambah pengaktif dan menggantikan serbuk logam dengan molibdenum dan oksida mangan atau garam. Kedua -dua penambahbaikan ini direka untuk mengurangkan suhu logam.
3. Kaedah sintering tampal perak
Kaedah perak melibatkan penggunaan lapisan tampal Ag pada permukaan seramik, terdiri daripada fluks garam dan pelekat Ag, dan kemudian sintering pada suhu tinggi untuk mengurangkan ion Ag ke elemen Ag. Lapisan Ag boleh dikurangkan oleh karbonat perak triethanolamine atau dengan menambahkan nitrat perak ke ammonia dan kemudian dikurangkan oleh formaldehid atau asid formik.
Oleh kerana penyebaran ion perak yang kuat, kaedah sintering pesik tidak sesuai untuk peralatan elektrik yang digunakan dalam medan elektrik yang kuat. Ciri -ciri elektrik akan merosot dengan cepat di bawah suhu tinggi, kelembapan yang tinggi, dan medan elektrik semasa langsung.
4. Brazing Logam Aktif- Amb
Perebutan logam aktif juga merupakan proses pengedap seramik-ke-logam yang lebih banyak digunakan; Ia adalah 10 tahun kemudian daripada perkembangan kaedah MO-MN, yang dicirikan oleh proses yang lebih sedikit, kitaran yang lebih pendek, kebolehpercayaan kimpalan yang baik, dan sesuai untuk pelbagai bahan seramik yang berbeza. Pengedap logam seramik boleh diselesaikan dengan hanya satu proses pemanasan. Aloi yang merebak mengandungi unsur -unsur aktif Ti, Zr, HF, dan Ta; Unsur -unsur aktif yang ditambah bertindak balas dengan Al2O3 untuk membentuk lapisan tindak balas dengan ciri -ciri logam di antara muka; Kaedah ini dapat disesuaikan dengan mudah dengan pengeluaran berskala besar, berbanding dengan proses mangan Molibdenum- mangan, kaedah ini agak mudah dan ekonomik.
5. Bond Langsung Cooper - DBC
DBC adalah kaedah metalisasi kerajang tembaga ikatan pada permukaan seramik (terutamanya Al2O3 dan Aln), yang merupakan proses baru yang dibangunkan dengan kebangkitan teknologi pembungkusan Chip-on-Board (COB). Prinsip asas adalah untuk memperkenalkan oksigen antara Cu dan seramik, dan kemudian membentuk fasa cecair cu/o eutektik pada 1065 ~ 1083 ℃, dan kemudian bertindak balas dengan asas seramik dan foil tembaga untuk membentuk Cualo2 atau Cu (Alo2) Foil tembaga dan matriks seramik di bawah tindakan fasa pertengahan.
6. Magnetron Vaccum Sputtering
Ia adalah sejenis pemendapan wap fizikal, yang mendepositkan filem multilayer pada substrat oleh teknologi kawalan magnetik, yang mempunyai kelebihan yang tidak ada teknologi pemendapan lain, dengan lekatan yang lebih baik, kurang pencemaran, dan peningkatan kristalitas sampel yang didepositkan untuk mendapatkan yang tinggi -FILM FILM. Lapisan metalisasi yang diperolehi oleh kaedah ini sangat nipis, yang dapat memastikan ketepatan dimensi bahagian. Proses DPC menyokong PTH (elektroplated melalui lubang) /vias (melalui lubang). Perhimpunan berkepadatan tinggi adalah mungkin - resolusi garis/padang (L/s) boleh mencapai 20μm, dengan itu mencapai ringan, pengurangan, dan integrasi peranti.
Bahan metalisasi
❃ Kaedah MO-MN terutamanya termasuk molibdenum, mangan, tungsten, nikel, perak, dan emas.
❃ Kaedah DBC terutamanya termasuk tembaga bebas oksigen (OFC）
❃ Bahan kaedah metalisasi lain: paladium (PD), platinum (PT), titanium (Ti), dan aluminium (AL). Aloi logam terpilih juga boleh digunakan.
Jenis seramik metallized
1. Bahagian struktur seramik metallized
Mereka terutamanya melindungi, hermetik, sokongan, penebat, menyambung, dan menghilangkan haba. Bahan -bahan utama yang digunakan termasuk aluminium oksida (Al 2 O 3 ) seramik, zirkonia alumina toughened (ZTA), seramik zirkonia (zro 2 ), seramik aluminium nitrida (ALN), berilium oksida (BEO) dan nitrida nitrida (BN).
2. Substrat seramik metallized
Dalam permohonan itu, ia digunakan terutamanya sebagai pembawa litar untuk membantu pelesapan dan penebat haba cip. Bahan utama termasuk alumina, aluminium nitrida, silikon nitrida, dan berilium oksida.
Penggunaan seramik logam
❃ Aplikasi kuasa tinggi dan frekuensi tinggi: elektronik kuasa, peranti gelombang mikro, penguat RF
❃ Komponen dan peranti elektronik: litar bersepadu, perintang dan kapasitor, sensor dan transduser
❃ Pembungkusan dan pengedap hermetik: tiub vakum, tiub elektron, peranti optoelektronik, implan perubatan, dan peranti.
Kesimpulan
Penyelidikan yang lebih mendalam mengenai mekanisme metalisasi seramik dan penerokaan dan pembangunan proses baru adalah asas untuk meningkatkan permukaan pengedap logam dan seramik, yang akan terus memperluaskan bidang aplikasi dan merupakan arah penyelidikan masa depan.