O que é cerâmica metalizada
A cerâmica metalizada refere-se a uma camada de filme de metal depositado na superfície específica da cerâmica projetada e depois curada em uma atmosfera de redução de alta temperatura (forno de hidrogênio ou nitrogênio), de modo que o filme de metal prenda firmemente a superfície dos componentes cerâmicos, consulte Para a Figura 1. Após o processo de metalização, a superfície cerâmica oferece as características do metal e pode obter uma conexão atraente entre cerâmica e metal empregando brasagem.
Figura 1: Cerâmica metalizada
O objetivo da metalização cerâmica
Como um material não metálico inorgânico típico, a cerâmica avançada tem sido amplamente utilizada em vários dispositivos de vácuo de alta tensão, alta corrente e alta pressão devido a suas excelentes propriedades elétricas, físicas e químicas, mecânicas, térmicas e ópticas. Essas aplicações práticas geralmente envolvem a articulação de cerâmica e peças de metal em diferentes materiais, como aço inoxidável, cobre sem oxigênio, kovar e assim por diante.
Como o coeficiente de expansão térmica de materiais de cerâmica e metal tem vastas diferenças, os dois materiais naturalmente têm um efeito de umedecimento. Nesses campos, a superfície de vedação das peças de cerâmica e metal possui rigorosas resistência à vedação (resistência à tração) e requisitos de aperto do ar após a brasagem. Assim, eles não podem ser conectados diretamente. Assim, nasceu a tecnologia de metalização de cerâmica.
Pontos fortes da cerâmica metalizada
1. Alta condutividade térmica - o calor que o chip gera pode transferir diretamente para as peças de cerâmica
2. Coeficiente de expansão térmica ideal - o coeficiente de expansão térmica de cerâmica e chips avançados é semelhante e não causará muita deformação quando a diferença de temperatura mudar.
3. A baixa constante dielétrica - a constante dielétrica do material cerâmico em si reduz a perda de sinal; portanto, os materiais de cerâmica técnica são amplamente utilizados em equipamentos de comunicação e transmissão de sinal.
4 Força de ligação alta - alta resistência de ligação da camada metálica e substrato cerâmico de produtos da placa de circuito cerâmico, até 45MPa (mais notável que a força de peças de cerâmica de 1 mm de espessura)
5. A alta temperatura operacional-a cerâmica pode suportar ciclos de alta e baixa temperatura com grandes flutuações e podem até operar a uma alta temperatura de operação de 800 graus por um longo tempo.
6. Isolamento elétrico alto - cerâmica industrial são materiais isolantes que podem suportar altas tensões de ruptura, especialmente isoladores de cerâmica após vidros, e podem até ser aplicados em campos com tensões acima de 100kV.
7. Estabilidade química - o corpo cerâmico tem melhor estabilidade química. Não reagirá com a maioria dos ácidos e bases fortes e não será oxidado em um ambiente de alta temperatura.
Mecanismo de metalização cerâmica
O mecanismo de metalização de cerâmica aproveita as diferentes reações químicas e a migração de difusão de várias substâncias em cerâmica avançada e camadas metalizadas em diferentes estágios de sinterização, como óxidos e óxidos não metálicos.
À medida que a temperatura aumenta, a fase líquida é formada quando todas as substâncias reagem para formar compostos intermediários e atingir o ponto de fusão comum. A fase de vidro líquido possui uma viscosidade específica e produz um fluxo de plástico simultaneamente. Posteriormente, as partículas de vidro são reorganizadas sob a ação dos capilares e os átomos ou moléculas são difundidos e migrados sob o acionamento da energia da superfície. Os poros encolhem gradualmente e desaparecem com o aumento do tamanho dos grãos, percebendo assim a densificação da camada metalizada.
Métodos de metalização de cerâmica
1. Método MO-Mn
O método MO-Mn é baseado em MO de metal refratário MO e, em seguida, droga uma pequena quantidade de fórmula de metalização Mn de baixo ponto de fusão, adicionando um revestimento de ligante à superfície cerâmica de Al2O3 e depois sinterizando para formar uma camada de metalização MO Mn.
2. Método MO-Mn ativado
O método MO-MN ativado é uma melhoria com base no tradicional. As principais direções para melhorias são adicionar ativadores e substituir o metal em pó por molibdênio e óxidos ou sais de manganês. Ambas as melhorias são projetadas para reduzir a temperatura de metalização.
3. Método de sinterização da pasta de prata
O método de prata envolve a aplicação de uma camada de pasta de Ag na superfície cerâmica, composta por fluxo de sal e adesivo e depois sinterizando a altas temperaturas para reduzir os íons Ag para o AG elementar. A camada Ag pode ser reduzida por carbonato de prata trietanolamina ou adicionando nitrato de prata à amônia e depois reduzido por formaldeído ou ácido fórmico.
Devido à forte difusão de íons de prata, o método de sinterização da pasta de prata não é apropriado para aparelhos elétricos usados em campos elétricos fortes. As propriedades elétricas se deteriorarão rapidamente sob altas temperaturas, alta umidade e campos elétricos de corrente direta.
4. Brasagem de metal ativo- Amb
A brasagem de metal ativa também é um processo de vedação de cerâmica e metal mais amplamente utilizado; É 10 anos depois do desenvolvimento do método MO-MN, caracterizado por menos processos, ciclos mais curtos, boa confiabilidade da soldagem e adequado para uma variedade de diferentes materiais de cerâmica. A vedação de metal cerâmica pode ser concluída com apenas um processo de aquecimento. As ligas de brasagem contêm elementos ativos Ti, ZR, HF e TA adicionados; Os elementos ativos adicionados reagem com Al2O3 para formar uma camada de reação com características de metal na interface; Esse método pode ser facilmente adaptado à produção em larga escala, em comparação com o processo de manganês molibdênio, esse método é relativamente simples e econômico.
5. Cooper de Bond direto - DBC
O DBC é um método de metalização de ligação de folha de cobre em uma superfície de cerâmica (principalmente AL2O3 e ALN), que é um novo processo desenvolvido com a ascensão da tecnologia de embalagem Chip-on-board (COB). O princípio básico é introduzir oxigênio entre Cu e cerâmica e, em seguida, formar a fase líquida eutética Cu/o em 1065 ~ 1083 ℃, e depois reagir com base de cerâmica e papel alumínio para formar Cualo2 ou Cu (ALO2) 2 e perceber a ligação entre A folha de cobre e a matriz de cerâmica sob a ação da fase intermediária.
6. Sputtering de magnetron de vaccum
É um tipo de deposição física de vapor, que deposita filme multicamada no substrato pela tecnologia de controle magnético, que tem as vantagens que outras tecnologias de deposição não possuem, com melhor adesão, menos poluição e cristalinidade aprimorada da amostra depositada para obter alta -filme de qualidade. A camada de metalização obtida por esse método é muito fina, o que pode garantir a precisão da dimensão da parte. O processo DPC suporta PTH (eletroplinado através do orifício) /Vias (através do orifício). A montagem de alta densidade é possível - a resolução de linha/afinação (l/s) pode atingir 20μm, alcançando assim a integração leve, miniaturização e integração de dispositivos.
Materiais de metalização
❃ O método MO-Mn inclui principalmente molibdênio, manganês, tungstênio, níquel, prata e ouro.
❃ O método DBC inclui principalmente o cobre sem oxigênio （OFC)
❃ Materiais de outros métodos de metalização: paládio (DP), platina (Pt), titânio (Ti) e alumínio (Al). Ligas de metal selecionadas também podem ser usadas.
Tipos de cerâmica metalizada
1. Peças estruturais metalizadas de cerâmica
Eles protegem principalmente, herméticos, apoiam, isolam, conectam e dissipam o calor. Os principais materiais utilizados incluem cerâmica de óxido de alumínio (AL 2 O 3 ), alumina endurecida de zircônia (ZTA), cerâmica de zircônia (ZRO 2 ), cerâmica de nitreto de alumínio (ALN), óxido de berílio (BEO) e nitreto de boro (BN).
2. Substrato cerâmico metalizado
Na aplicação, ele é usado principalmente como transportador de circuito para ajudar a dissipação e isolamento de calor do chip. Os materiais primários incluem alumina, nitreto de alumínio, nitreto de silício e óxido de berílio.
Usos de cerâmica metálica
❃ Aplicações de alta potência e de alta frequência: eletrônicos de energia, dispositivos de microondas, amplificadores de RF
❃ Componentes e dispositivos eletrônicos: circuitos, resistores e capacitores integrados, sensores e transdutores
❃ Embalagem hermética e vedação: tubos de vácuo, tubos de elétrons, dispositivos optoeletrônicos, implantes médicos e dispositivos.
Conclusão
A pesquisa mais profunda sobre o mecanismo de metalização da cerâmica e a exploração e desenvolvimento de novos processos é a base para melhorar a superfície de vedação de metal e cerâmica, que expandirá ainda mais o campo de aplicação e é a direção futura da pesquisa.