Vad är metalliserat keramik
Metaliserad keramik hänvisar till ett lager av metallfilm avsatt på den specifika ytan på konstruerad keramik och sedan botas i en hög temperaturreduktion atmosfär (väte eller kväve) ugn så att metallfilmen kommer att fästas tätt till ytan på keramiska komponenter, hänvisa till figur 1. Efter metalliseringsprocessen erbjuder den keramiska ytan egenskaperna hos metall och kan uppnå en tvingande koppling mellan keramik och metall genom att använda lödning.
Bild 1: Metaliserad keramik
Syftet med keramisk metallisering
Som ett typiskt oorganiskt icke-metalliskt material har avancerad keramik använts allmänt i olika högström, högström och högtrycksvakuumanordningar på grund av deras utmärkta elektriska, fysiska och kemiska, mekaniska, termiska och optiska egenskaper. Dessa praktiska tillämpningar involverar ofta leden av keramik och metalldelar i olika material, såsom rostfritt stål, syrefritt koppar, Kovar och så vidare.
Eftersom den termiska expansionskoefficienten för keramiska och metallmaterial har stora skillnader har de två materialen naturligtvis en dålig vätningseffekt. I dessa fält har tätningsytan hos keramiska och metalldelar strikt tätningsstyrka (draghållfasthet) och lufttäthetskrav efter hårning. Således kan de inte vara direkt anslutna. Så, keramisk metalliseringsteknik föddes.
Styrkor av metalliserad keramik
1. Hög värmeledningsförmåga - Värmen som chipgenererar kan direkt överföra till keramiska delarna
2. Idealisk termisk expansionskoefficient - Den termiska expansionskoefficienten för avancerad keramik och chips är liknande, och det kommer inte att orsaka för mycket deformation när temperaturskillnaden förändras.
3. Låg dielektrisk konstant - den keramiska materialets dielektriska konstant minskar själva signalförlusten, så att tekniska keramiska material används allmänt vid kommunikationsutrustning och signalöverföring.
4. Hög bindningskraft - Hög bindningsstyrka hos metallskikt och keramiskt underlag för keramiska kretskortprodukter, upp till 45MPa (mer anmärkningsvärt än styrkan hos 1 mm tjocka keramiska delar själva)
5. Hög driftstemperatur-Ceramics kan motstå höga och lågtemperaturcykler med stora fluktuationer och kan till och med arbeta vid en hög driftstemperatur på 800 grader under lång tid.
6. Hög elektrisk isolering - Industriell keramik är isolerande material som tål höga nedbrytningsspänningar, särskilt keramiska isolatorer efter glasering, och kan till och med appliceras i fält med spänningar över 100 kV.
7. Kemisk stabilitet - Den keramiska kroppen har bättre kemisk stabilitet. Det kommer inte att reagera med de flesta starka syror och baser och kommer inte att oxideras i en högtemperaturmiljö.
Mekanism för keramisk metallisering
Mekanismen för keramisk metallisering drar nytta av de olika kemiska reaktionerna och diffusionsmigrering av olika ämnen i avancerad keramik och metalliserade skikt vid olika sintringssteg, såsom oxider och icke -metalliska oxider.
När temperaturen stiger bildas vätskefasen när alla ämnen reagerar på att bilda mellanföreningar och når den gemensamma smältpunkten. Den flytande glasfasen har en specifik viskositet och producerar ett plastflöde samtidigt. Därefter omorganiseras glaspartiklarna under kapillärernas verkan, och atomerna eller molekylerna sprids och migreras under drivkraften för ytenergi. Porerna krymper gradvis och försvinner med ökningen av spannmålsstorleken och förverkligar således förtätningen av det metalliserade skiktet.
Keramiska metalliseringsmetoder
1. MO-MN-metod
MO-MN-metoden är baserad på eldfast metallpulver MO, och dopar sedan en liten mängd lågsmältpunkt Mn-metalliseringsformel, tillsätt en bindemedel som belägger till Al2O3-keramiska ytan och sedan sintring för att bilda ett Mo Mn-metalliseringsskikt.
2. Aktiverad MO-MN-metod
Den aktiverade MO-MN-metoden är en förbättring baserad på den traditionella. Huvudriktningarna för förbättring är att lägga till aktivatorer och ersätta metallpulver med molybden och manganoxider eller salter. Båda dessa förbättringar är utformade för att minska metalliseringstemperaturen.
3. Sinteringsmetod för silverpasta
Silvermetoden innebär att applicera ett lager av Ag -pasta på keramisk yta, bestående av Ag -saltflöde och lim, och sedan sintring vid höga temperaturer för att minska Ag -jonerna till elementära Ag. Ag -skiktet kan reduceras med trietanolamin silverkarbonat eller genom tillsats av silvernitrat till ammoniak och sedan reduceras med formaldehyd eller myrsyra.
På grund av den starka diffusionen av silverjoner är det inte lämpliga för sintringsmetoden för silverpasta för elektriska apparater som används i starka elektriska fält. De elektriska egenskaperna kommer att försämras snabbt under höga temperaturer, hög luftfuktighet och likströms elektriska fält.
4. Aktiv metalllödning- Amb
Aktiv metalllödning är också en mer allmänt använda tätningsprocess keramisk till metall; Det är tio år senare än utvecklingen av MO-MN-metoden, kännetecknad av färre processer, kortare cykler, god svetsning tillförlitlighet och lämplig för en mängd olika keramiska material. Den keramiska metalltätningen kan slutföras med endast en uppvärmningsprocess. Lödningslegeringar innehåller tillsatta Ti-, Zr-, HF- och TA -aktiva element; De tillsatta aktiva elementen reagerar med Al2O3 för att bilda ett reaktionsskikt med metallegenskaper vid gränssnittet; Denna metod kan enkelt anpassas till storskalig produktion, jämfört med molybden- Manganprocess, är denna metod relativt enkel och ekonomisk.
5. Direct Bond Cooper - DBC
DBC är en metalliseringsmetod för bindning av kopparfolie på en keramisk yta (främst AL2O3 och ALN), som är en ny process utvecklad med ökningen av chip-on-board (COB) förpackningsteknik. Den grundläggande principen är att införa syre mellan Cu och keramik och sedan bilda Cu/o eutektisk vätskefas vid 1065 ~ 1083 ℃, och sedan reagera med keramisk bas och kopparfolie för att bilda Cualo2 eller Cu (Alo2) 2 och inse bindningen mellan bindningen mellan Kopparfolien och keramisk matris under verkan av mellanfasen.
6. Vaccum magnetron sputting
Det är en slags fysisk ångavsättning, som sätter in flerskiktsfilm på underlaget med magnetisk kontrollteknik ， som har de fördelar som andra deponeringsteknologier inte har, med bättre vidhäftning, mindre förorening och förbättrad kristallinitet av det avsatta provet för att få högt -kvalitetsfilm. Metalliseringsskiktet erhållet med denna metod är mycket tunt, vilket kan säkerställa noggrannheten i delens dimension. DPC -processen stöder PTH (elektropläterad genom hål) /vias (genom hål). Högdensitetsmontering är möjlig - Line/Pitch (L/S) upplösning kan nå 20μm, vilket uppnår lätt, miniatyrisering och integration av enheter.
Metalliseringsmaterial
❃ MO-MN-metoden inkluderar huvudsakligen molybden, mangan, volfram, nickel, silver och guld.
❃ DBC-metoden inkluderar huvudsakligen syrefri koppar （OFC）
❃ Material för andra metalliseringsmetoder: palladium (PD), platina (PT), titan (TI) och aluminium (AL). Valda metalllegeringar kan också användas.
Typer av metalliserad keramik
1. Metalliserade keramiska strukturella delar
De skyddar främst, hermetiska, stöd, isolering, ansluter och sprider värme. De huvudmaterial som används inkluderar aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) keramik, zirkoniums härdad aluminiumoxid (ZTA), zirkoniumkeramik (ZRO 2 ), aluminiumnitridkeramik (ALN), berylliumoxid (BEO) och bornitrid (BN).
2. Metalliserat keramiskt underlag
I applikationen används den främst som kretsbärare för att hjälpa chipvärmeavledning och isolering. De primära materialen inkluderar aluminiumoxid, aluminiumnitrid, kiselnitrid och berylliumoxid.
Användning av metalliserad keramik
❃ Högeffekt och högfrekventa applikationer: Power Electronics, mikrovågsenheter, RF-förstärkare
❃ Elektroniska komponenter och enheter: Integrerade kretsar, motstånd och kondensatorer, sensorer och givare
❃ Hermetisk förpackning och tätning: vakuumrör, elektronrör, optoelektroniska enheter, medicinska implantat och enheter.
Slutsats
Den mer djupgående forskningen om metalliseringsmekanismen för keramik och utforskning och utveckling av nya processer är grunden för att förbättra metall- och keramisk tätningsyta, som ytterligare kommer att utöka applikationsfältet och är den framtida forskningsriktningen.