Co jest metalizowana ceramika
Metalizowana ceramika odnosi się do warstwy folii metalowej osadzonej na właściwej powierzchni zaprojektowanej ceramiki, a następnie wyleczonej w piecu o wysokiej temperaturze (wodór lub azot), aby folia metalowa mocno przyczepiła się do powierzchni komponentów ceramicznych, patrz Do ryc. 1. Po procesie metalizacji powierzchnia ceramiczna oferuje charakterystykę metalu i może osiągnąć atrakcyjne połączenie między ceramiką a metalem poprzez zatrudnienie lutowania.
Rycina 1: Ceramika metalizowana
Cel metalizacji ceramicznej
Jako typowy nieorganiczny materiał niemetaliczny, zaawansowana ceramika była szeroko stosowana w różnych urządzeniach próżniowych o wysokim napięciu, prądu wysokiego i wysokiego ciśnienia ze względu na ich doskonałe właściwości elektryczne, fizyczne i chemiczne, mechaniczne, termiczne i optyczne. Te praktyczne zastosowania często obejmują staw ceramiki i części metalowych w różnych materiałach, takich jak stal nierdzewna, miedź bez tlenu, Kovar i tak dalej.
Ponieważ współczynnik rozszerzania termicznego materiałów ceramicznych i metalowych ma ogromne różnice, dwa materiały naturalnie mają słaby efekt zwilżania. W tych polach powierzchnia uszczelniająca części ceramicznych i metalowych ma ścisłą wytrzymałość uszczelniającą (wytrzymałość na rozciąganie) i wymagania dotyczące szczelności powietrza po lutowaniu. Dlatego nie można ich bezpośrednio połączyć. Tak więc narodziła się technologia metalizacji ceramicznej.
Mocne strony metalizowanej ceramiki
1. Wysoka przewodność cieplna - ciepło wytwarzane przez układ może bezpośrednio przenosić się na części ceramiczne
2. Idealny współczynnik rozszerzania cieplnego - współczynnik rozszerzania cieplnego zaawansowanej ceramiki i układów jest podobny i nie spowoduje zbyt dużej deformacji, gdy zmieni się różnica temperatury.
3. Niska stała dielektryczna - stała dielektryczna samego materiału ceramicznego zmniejsza utratę sygnału, więc techniczne materiały ceramiczne są szeroko stosowane w urządzeniach komunikacyjnych i transmisji sygnału.
4. Wysoka siła wiązania - Wysoka siła wiązania warstwy metalowej i ceramicznego podłoża produktów ceramicznych, do 45 MPa (bardziej niezwykła niż siła samych części ceramicznych o grubości 1 mm)
5. Wysoka temperatura robocza-Aceramika może wytrzymać cykle o wysokiej i niskiej temperaturze z dużymi wahaniami, a nawet przez długi czas mogą działać w wysokiej temperaturze roboczej 800 stopni.
6. Wysoka izolacja elektryczna - ceramika przemysłowa to materiały izolacyjne, które mogą wytrzymać wysokie napięcia rozpadu, zwłaszcza izolatory ceramiczne po oszkleniu, a nawet można ją nakładać na pola o napięciach powyżej 100 kV.
7. Stabilność chemiczna - ciało ceramiczne ma lepszą stabilność chemiczną. Nie będzie reagować z najtrudniejszymi kwasami i zasadami i nie będzie utleniony w środowisku wysokotemperaturowym.
Mechanizm metalizacji ceramicznej
Mechanizm metalizacji ceramicznej wykorzystuje różne reakcje chemiczne i migrację dyfuzyjną różnych substancji w zaawansowanej ceramice i metalizowanych warstwach na różnych etapach spiekania, takich jak tlenki i tlenki niemetaliczne.
Wraz ze wzrostem temperatury faza ciekła powstaje, gdy wszystkie substancje reagują na tworzenie związków pośredniego i osiągają wspólną temperaturę topnienia. Faza ciekła ma lepszą lepkość i jednocześnie wytwarza przepływ plastikowy. Następnie cząsteczki szkła są uporządkowane pod działaniem naczyń włosowatych, a atomy lub cząsteczki są rozpraszane i migrowane pod napędem energii powierzchniowej. Pory stopniowo kurczą się i znikają wraz ze wzrostem wielkości ziarna, w ten sposób uświadamiając sobie zagęszczenie metalizowanej warstwy.
Metody metalizacji ceramicznych
1. Metoda MO-MN
Metoda MO-MN oparta jest na opornym na oporność metalu proszku MO, a następnie narusza niewielką ilość formuły metalizacji MN o niskiej temperaturze, dodając powłokę spoiwa do powierzchni ceramicznej Al2O3, a następnie spiekanie w celu utworzenia warstwy metalizacji Mo Mn.
2. Metoda aktywowana MO-MN
Metoda aktywowana MO-MN jest ulepszeniem opartym na tradycyjnej. Główne kierunki do poprawy są dodawanie aktywatorów i zastępowanie metalu proszku molibdenem i tlenkami lub solami manganu. Obie te ulepszenia mają na celu zmniejszenie temperatury metalizacji.
3. Metoda spiekania pasty srebrnej
Metoda srebra polega na nałożeniu warstwy pasty Ag na powierzchni ceramicznej, złożonej z strumienia soli Ag i kleju, a następnie spiekania w wysokich temperaturach w celu zmniejszenia jonów AG do elementarnego AG. Warstwę Ag można zmniejszyć przez węglan srebra trietanoloaminy lub przez dodanie azotanu srebra do amoniaku, a następnie zmniejszona przez formaldehyd lub kwas mrówkowy.
Ze względu na silną dyfuzję jonów srebra metoda spiekania w pasie srebra nie jest odpowiednia dla urządzeń elektrycznych stosowanych w silnych polach elektrycznych. Właściwości elektryczne gwałtownie się pogarszają w wysokich temperaturach, wysokiej wilgotności i polach elektrycznych prądu stałego.
4. Aktywne metalowe lutowanie- amb.
Aktywne lutowanie metalu jest również szerzej stosowanym procesem uszczelnienia ceramicznego do metal; Jest to 10 lat później niż opracowanie metody MO-MN, charakteryzującej się mniejszą liczbą procesów, krótszymi cykli, dobrej niezawodności spawania i odpowiedniego dla różnych materiałów ceramicznych. Uszczelnienie ceramiczne metalowe można zakończyć tylko jednym procesem grzewczym. Stopy lutowe zawierają dodane elementy aktywne TI, ZR, HF i TA; Dodane elementy aktywne reagują z AL2O3, tworząc warstwę reakcji o charakterystyce metalu na interfejsie; Metodę tę można łatwo dostosować do produkcji na dużą skalę, w porównaniu z procesem Molybdenum- manganu, ta metoda jest stosunkowo prosta i ekonomiczna.
5. Bezpośrednia obligacja Cooper - DBC
DBC jest metodą wiązania folii miedzianej na powierzchni ceramicznej (głównie AL2O3 i ALN), która jest nowym procesem opracowanym z technologią opakowania Rise of Chip-on-Board (COB). Podstawową zasadą jest wprowadzenie tlenu między Cu i ceramiczną, a następnie utworzenie eutektycznej fazy ciekłej Cu/O przy 1065 ~ 1083 ℃, a następnie reagowanie z bazą ceramiczną i folią miedzi w celu utworzenia Cualo2 lub Cu (ALO2) 2 i zrealizować wiązanie między wiązaniem między Folia miedzi i macierz ceramiczna pod działaniem fazy pośredniej.
6. Sputowanie magnetronowe Vaccum Magnetron
Jest to rodzaj fizycznego osadzania pary, który osadza folię wielowarstwową na podłożu technologią kontroli magnetycznej, która ma zalety, że inne technologie osadzania nie mają, z lepszą adhezją, mniejszym zanieczyszczeniem i poprawą krystaliczności zdeponowanej próbki, aby uzyskać wysokie -Film o jakości. Warstwa metalizacji uzyskana tą metodą jest bardzo cienka, co może zapewnić dokładność wymiaru części. Proces DPC obsługuje PTH (galwanizowany przez otwór) /VIA (przez otwór). Montaż o dużej gęstości jest możliwy - rozdzielczość linii/skoku (L/S) może osiągnąć 20 μm, osiągając w ten sposób lekką, miniaturyzację i integrację urządzeń.
Materiały metalizacyjne
❃ Metoda MO-MN obejmuje głównie molibden, mangan, wolfram, nikiel, srebro i złoto.
❃ Metoda DBC zawiera głównie bez tlenu miedzi （OFC）
❃ Materiały innych metod metalizacji: Palladium (PD), platyna (PT), tytan (TI) i aluminium (AL). Można również zastosować wybrane stopy metali.
Rodzaje metalizowanej ceramiki
1. Metalizowane ceramiczne części strukturalne
Chronią głównie, hermetyki, wsparcie, izolację, łączą i rozpraszają ciepło. Główne zastosowane materiały obejmują tlenek glinu (Al 2 O 3 ) ceramiczny, hartowany tlenek glinu (ZTA), cyrkonia ceramiczna (Zro 2 ), ceramika azotku glinu (ALN), tlenek berylu (Beo) i azotek boru (BN).
2. Metalizowany podłoże ceramiczne
W aplikacji jest stosowany głównie jako nośnik obwodu, aby pomóc rozpraszaniu ciepła i izolacji. Podstawowe materiały obejmują tlen glinu, azotek aluminiowy, azotek krzemowy i tlenek berylu.
Zastosowania metalizowanej ceramiki
❃ Zastosowania o dużej mocy i wysokiej częstotliwości: elektronika energetyczna, urządzenia mikrofalowe, wzmacniacze RF
❃ Elektroniczne elementy i urządzenia: obwody zintegrowane, rezystory i kondensatory, czujniki i przetworniki
❃ Hermetyczne opakowanie i uszczelnienie: rurki próżniowe, rurki elektronowe, urządzenia optoelektroniczne, implanty medyczne i urządzenia.
Wniosek
Głębsze badania mechanizmu metalizacji ceramiki oraz eksploracji i rozwoju nowych procesów są podstawą poprawy powierzchni uszczelnienia metalu i ceramiki, która jeszcze bardziej rozszerzy pole zastosowania i jest przyszłym kierunkiem badań.