Что такое металлизированная керамика
Метализированная керамика относится к слою металлической пленки, нанесенной на определенную поверхность инженерной керамики, а затем вылечивается в высокотемпературную атмосферу восстановления (водород или азот), чтобы металлическая пленка была плотно прикрепленной к поверхности керамических компонентов, см. На рисунке 1. После процесса металла керамическая поверхность предлагает характеристики металла и может достичь убедительной связи между керамикой и металлом, используя пабу.
Рисунок 1: Металлизированная керамика
Цель керамической металлизации
Как типичный неорганический неметаллический материал, передовая керамика широко использовалась в различных вакуумных устройствах высокого напряжения, высокого тока и высокого давления из-за их превосходных электрических, физических и химических, механических, термических и оптических свойств. Эти практические применения часто включают в себя соединение керамики и деталей металлов в различных материалах, таких как нержавеющая сталь, медная медь, ковар и так далее.
Поскольку коэффициент термического расширения керамических и металлических материалов имеет огромные различия, два материала, естественно, имеют плохой эффект смачивания. В этих полях уплотнительная поверхность керамических и металлических частей имеет строгую прочность на герметизацию (прочность на растяжение) и требования к воздушной сжатости после пайки. Таким образом, они не могут быть напрямую связаны. Итак, родилась технология керамической металлизации.
Сильные стороны металлической керамики
1. Высокая теплопроводности - тепло, которое генерирует чип, может непосредственно перенести в керамические части
2. Идеальный коэффициент термического расширения - коэффициент термического расширения усовершенствованной керамики и чипов аналогичен, и это не вызовет слишком большой деформации при изменении разности температур.
3. Низкая диэлектрическая постоянная - диэлектрическая проницаемость самого керамического материала уменьшает потерю сигнала, поэтому технические керамические материалы широко используются в связи с передачей связи и передачи сигнала.
4. Высокая сила связывания - высокая прочность на металлический слой и керамический субстрат продуктов керамической платы до 45 МПа (более примечательна, чем прочность самих керамических деталей толщиной 1 мм)
5. Высокая эксплуатационная температура-Ceramics может выдерживать высокие и низкотемпературные циклы с большими колебаниями и даже может работать при высокой рабочей температуре 800 градусов в течение длительного времени.
6. Высокая электрическая изоляция - индустриальная керамика - это изоляционные материалы, которые могут выдерживать высокие напряжения разбивки, особенно керамические изоляторы после остекления, и даже могут применяться в полях с напряжением выше 100 кВ.
7. Химическая стабильность - керамическое тело имеет лучшую химическую стабильность. Он не будет реагировать с наиболее сильными кислотами и основаниями и не будет окислена в высокотемпературной среде.
Механизм керамической металлизации
Механизм керамической металлизации использует различные химические реакции и диффузионную миграцию различных веществ в продвинутой керамике и металлизированных слоях на разных стадиях спекания, таких как оксиды и неметаллические оксиды.
По мере повышения температуры жидкая фаза образуется, когда все вещества реагируют на образование промежуточных соединений и достигают общей температуры плавления. Жидкая стеклянная фаза имеет определенную вязкость и создает пластиковый поток одновременно. После этого стеклянные частицы переставляются под действием капилляров, а атомы или молекулы диффундируют и мигрируют под приводом поверхностной энергии. Поры постепенно сокращаются и исчезают с увеличением размера зерна, тем самым осознавая уплотнение металлированного слоя.
Методы керамической металлизации
1. Метод MO-MN
Метод MO-MN основан на рефрактерном металлическом порошке MO, а затем допирует небольшое количество формулы металлизации MN с низкой точкой MN, добавляя переплет для керамической поверхности Al2O3, а затем спекает, чтобы сформировать металлизационный слой MO Mn.
2. Активированный метод MO-MN
Активированный метод MO-MN является улучшением, основанным на традиционном. Основными направлениями для улучшения являются добавление активаторов и замена металлического порошка на молибденам и оксидам или соли марганца. Оба эти улучшения предназначены для снижения температуры металла.
3. Метод спекания серебряной пасты
Метод серебра включает применение слоя пасты Ag на керамическую поверхность, состоящий из потока соли Ag и клея, а затем спекание при высоких температурах, чтобы уменьшить ионы Ag до элементарного Ag. Слой Ag может быть уменьшен путем карбоната серебра триэтаноламина или добавления нитрата серебра к аммиаку, а затем уменьшить формальдегидом или муравьиной кислотой.
Из -за сильной диффузии ионов серебра метод спекания серебряной пасты не подходит для электрических приборов, используемых в сильных электрических полях. Электрические свойства будут быстро ухудшаться при высоких температурах, высокой влажности и электрических полях постоянного тока.
4. Активная металлическая паялка
Активная металлическая паялка также является более широко используемым процессом герметизации керамики к металлу; Это на 10 лет позже, чем разработка метода MO-MN, характеризующийся меньшим количеством процессов, более короткими циклами, хорошей надежностью сварки и подходящими для различных керамических материалов. Керамическое металлическое уплотнение может быть завершено только одним процессом нагрева. Сплав сплава содержит добавленные активные элементы Ti, Zr, HF и TA; Добавленные активные элементы реагируют с Al2O3, образуя реакционный слой с характеристиками металла на границе раздела; Этот метод может быть легко адаптирован к крупномасштабному производству по сравнению с процессом марганца молибдена, этот метод является относительно простым и экономичным.
5. Direct Bond Cooper - DBC
DBC-это метод металлизации соединения медной фольги на керамической поверхности (в основном AL2O3 и ALN), который представляет собой новый процесс, разработанный с помощью технологии упаковки чип-на борту (COB). Основной принцип состоит в том, чтобы ввести кислород между Cu и Ceramic, а затем сформировать Eutectic Liquid Phase при 1065 ~ 1083 ℃, а затем реагируйте с керамическим основанием и медной фольгой, образуя CualO2 или Cu (Alo2) 2 и реализуйте связь между Медная фольга и керамическая матрица под действием промежуточной фазы.
6. ваккум магнетрона распыляется
Это своего рода физическое осаждение из паров, которое откладывает многослойную пленку на подложку с помощью технологии магнитного контроля ，, которая обладает преимуществами, которых другие технологии осаждения не имеют, с лучшей адгезией, меньшим загрязнением и улучшением кристалличности отложенного образца, чтобы получить высокую -калитный фильм. Слой металлизации, полученный этим методом, очень тонкий, что может обеспечить точность измерения детали. Процесс DPC поддерживает PTH (гальванированный через отверстие) /VIAS (через отверстие). Возможна сборка высокой плотности - разрешение линии/высоты (L/с) может достигать 20 мкм, что достигает легкого веса, миниатюризации и интеграции устройств.
Металлизационные материалы
❃ Метод MO-MN в основном включает в себя молибден, марганец, вольфрам, никель, серебро и золото.
❃ Метод DBC в основном включает в себя не содержащую кислорода медь (OFC)
❃ Материалы других методов металлизации: палладий (PD), платина (PT), титан (Ti) и алюминий (Al). Выбранные металлические сплавы также могут быть использованы.
Типы металлизованной керамики
1. Металлизованные керамические структурные детали
Они в основном защищают, герметику, поддержку, изоляцию, соединение и рассеивают тепло. Основные используемые материалы включают оксид алюминия (Al 2 O 3 ) керамическая керамика, угаренная цирконная алюминия (zta), керамика циркония (ZRO 2 ), нитрид алюминия (ALN), оксид бериллия (BEO) и нитрид бора (BN).
2. Металлизованный керамический субстрат
В приложении он в основном используется в качестве носителя цепи, чтобы помочь рассеянию тепла и изоляции. Основные материалы включают глинозем, нитрид алюминия, нитрид кремния и оксид бериллия.
Использование металлической керамики
❃ Мощные и высокочастотные приложения: электроника, микроволновые устройства, радиочастотные усилители
❃ Электронные компоненты и устройства: интегрированные схемы, резисторы и конденсаторы, датчики и преобразователи
❃ Герметическая упаковка и герметизация: вакуумные трубки, электронные трубки, оптоэлектронные устройства, медицинские имплантаты и устройства.
Заключение
Более глубокое исследование механизма металлизации керамики и разведки и разработка новых процессов является основой для улучшения поверхности металла и керамического герметизации, которая дополнительно расширит область применения и является будущим направлением исследований.