เซรามิกโลหะคืออะไร
เซรามิกที่เป็นโลหะหมายถึงชั้นของฟิล์มโลหะที่วางอยู่บนพื้นผิวเฉพาะของเซรามิกที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมแล้วบ่มในบรรยากาศการลดอุณหภูมิสูง (ไฮโดรเจนหรือไนโตรเจน) เตาเผาเพื่อให้ฟิล์มโลหะติดอยู่กับพื้นผิวของส่วนประกอบเซรามิก ในรูปที่ 1 หลังจากกระบวนการทำโลหะพื้นผิวเซรามิกนำเสนอลักษณะของโลหะและสามารถเชื่อมต่อที่น่าสนใจระหว่างเซรามิกและโลหะโดยใช้การประสาน
รูปที่ 1: เซรามิกโลหะ
วัตถุประสงค์ของการเซรามิกโลหะ
ในฐานะที่เป็นวัสดุที่ไม่ใช่โลหะอนินทรีย์ทั่วไปเซรามิกขั้นสูงได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในแรงดันไฟฟ้าสูงกระแสไฟฟ้าสูงและอุปกรณ์สูญญากาศแรงดันสูงเนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้า, กายภาพและเคมี, เครื่องกล, ความร้อนและแสงที่ยอดเยี่ยม การใช้งานจริงเหล่านี้มักจะเกี่ยวข้องกับข้อต่อของเซรามิกและชิ้นส่วนโลหะในวัสดุที่แตกต่างกันเช่นสแตนเลส, ทองแดงปราศจากออกซิเจน, Kovar และอื่น ๆ
เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุเซรามิกและโลหะมีความแตกต่างอย่างมากวัสดุทั้งสองจึงมีผลต่อการเปียกที่ไม่ดี ในสาขาเหล่านี้พื้นผิวการปิดผนึกของชิ้นส่วนเซรามิกและโลหะมีความแข็งแรงในการปิดผนึกอย่างเข้มงวด (ความต้านทานแรงดึง) และข้อกำหนดความหนาแน่นของอากาศหลังจากการประสาน ดังนั้นพวกเขาจึงไม่สามารถเชื่อมต่อได้โดยตรง ดังนั้นเทคโนโลยีเมทัลไลเซชันเซรามิกจึงเกิดขึ้น
จุดแข็งของเซรามิกโลหะ
1. การนำความร้อนสูง - ความร้อนที่ชิปสร้างสามารถถ่ายโอนโดยตรงไปยังชิ้นส่วนเซรามิก
2. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนในอุดมคติ - ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเซรามิกและชิปขั้นสูงนั้นคล้ายคลึงกันและจะไม่ทำให้เกิดการเสียรูปมากเกินไปเมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง
3. ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ - ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุเซรามิกนั้นช่วยลดการสูญเสียสัญญาณดังนั้นวัสดุเซรามิกทางเทคนิคจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์สื่อสารและการส่งสัญญาณ
4. แรงพันธะสูง - ความแข็งแรงพันธะสูงของชั้นโลหะและสารตั้งต้นเซรามิกของผลิตภัณฑ์แผงวงจรเซรามิกสูงถึง 45MPa (น่าทึ่งกว่าความแข็งแรงของชิ้นส่วนเซรามิกหนา 1 มม. เอง)
5. อุณหภูมิการทำงานสูง-เซรามิกสามารถทนต่อวัฏจักรที่สูงและอุณหภูมิต่ำที่มีความผันผวนขนาดใหญ่และสามารถทำงานที่อุณหภูมิการทำงานสูง 800 องศาเป็นเวลานาน
6. ฉนวนไฟฟ้าสูง - เซรามิกอุตสาหกรรมเป็นวัสดุฉนวนที่สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสลายสูงโดยเฉพาะฉนวนเซรามิกหลังจากกระจกและยังสามารถใช้ในทุ่งนาที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 100kV
7. ความเสถียรทางเคมี - ร่างกายเซรามิกมีความเสถียรทางเคมีที่ดีขึ้น มันจะไม่ทำปฏิกิริยากับกรดและฐานที่แข็งแกร่งที่สุดและจะไม่ถูกออกซิไดซ์ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง
กลไกการเป็นโลหะเซรามิก
กลไกการเกิดโลหะเซรามิกใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาทางเคมีที่แตกต่างกันและการย้ายถิ่นของสารต่าง ๆ ในเซรามิกขั้นสูงและชั้นโลหะในระยะการเผาที่แตกต่างกันเช่นออกไซด์และออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเฟสของเหลวจะเกิดขึ้นเมื่อสารทั้งหมดทำปฏิกิริยากับสารประกอบกลางและไปถึงจุดหลอมเหลวทั่วไป เฟสแก้วเหลวมีความหนืดเฉพาะและผลิตการไหลของพลาสติกพร้อมกัน หลังจากนั้นอนุภาคแก้วจะถูกจัดเรียงใหม่ภายใต้การกระทำของเส้นเลือดฝอยและอะตอมหรือโมเลกุลจะถูกกระจายและอพยพภายใต้ไดรฟ์ของพลังงานพื้นผิว รูขุมขนจะค่อยๆหดตัวและหายไปเมื่อมีขนาดเกรนเพิ่มขึ้นดังนั้นจึงตระหนักถึงความหนาแน่นของชั้นโลหะ
วิธีการโลหะเซรามิก
1. วิธี MO-MN
วิธี MO-MN นั้นขึ้นอยู่กับผงโลหะวัสดุทนไฟและจากนั้นก็ต้องใช้สูตร Mn Metalization Metalization ขนาดเล็กจำนวนเล็กน้อยเพิ่มการเคลือบสารยึดเกาะลงบนพื้นผิวเซรามิก AL2O3 จากนั้นเผาเพื่อสร้างชั้น metalization MO MN
2. วิธีการ MO-MN ที่เปิดใช้งาน
วิธีการที่เปิดใช้งาน MO-MN เป็นการปรับปรุงตามแบบดั้งเดิม ทิศทางหลักสำหรับการปรับปรุงคือการเพิ่ม activators และแทนที่ผงโลหะด้วยโมลิบดีนัมและแมงกานีสออกไซด์หรือเกลือ การปรับปรุงทั้งสองนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดอุณหภูมิโลหะ
3. วิธีการเผาผลาเงิน
วิธีการสีเงินเกี่ยวข้องกับการใช้ชั้นของการวาง Ag บนพื้นผิวเซรามิกประกอบด้วยฟลักซ์เกลือ Ag และกาวจากนั้นเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อลดไอออน Ag ไปยัง Elemental Ag ชั้น Ag สามารถลดลงได้โดย triethanolamine silver carbonate หรือโดยการเพิ่มซิลเวอร์ไนเตรตลงในแอมโมเนียแล้วลดลงโดยฟอร์มัลดีไฮด์หรือกรดฟอร์มิก
เนื่องจากการแพร่กระจายอย่างแรงของไอออนเงินวิธีการเผาผลาเงินไม่เหมาะสมสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้ในสนามไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง คุณสมบัติทางไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็วภายใต้อุณหภูมิสูงความชื้นสูงและสนามไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าโดยตรง
4. การประสานโลหะที่ใช้งานอยู่- Amb
การประสานโลหะที่ใช้งานอยู่นั้นยังเป็นกระบวนการปิดผนึกเซรามิกกับโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เป็นเวลา 10 ปีหลังจากการพัฒนาวิธี MO-MN ซึ่งโดดเด่นด้วยกระบวนการน้อยกว่าวัฏจักรที่สั้นกว่าความน่าเชื่อถือในการเชื่อมที่ดีและเหมาะสำหรับวัสดุเซรามิกที่หลากหลาย การปิดผนึกโลหะเซรามิกสามารถเสร็จสิ้นได้ด้วยกระบวนการทำความร้อนเพียงครั้งเดียว อัลลอยด์ประสานประกอบด้วยองค์ประกอบที่เพิ่มขึ้น Ti, Zr, HF และ TA องค์ประกอบที่ใช้งานที่เพิ่มขึ้นจะทำปฏิกิริยากับ Al2O3 เพื่อสร้างเลเยอร์ปฏิกิริยาที่มีลักษณะโลหะที่อินเทอร์เฟซ วิธีนี้สามารถปรับให้เข้ากับการผลิตขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดายเมื่อเทียบกับโมลิบดีนัม-- กระบวนการแมงกานีสวิธีนี้ค่อนข้างง่ายและประหยัด
5. Direct Bond Cooper - DBC
DBC เป็นวิธีการทางโลหะของการเชื่อมฟอยล์ทองแดงบนพื้นผิวเซรามิก (ส่วนใหญ่ Al2O3 และ Aln) ซึ่งเป็นกระบวนการใหม่ที่พัฒนาขึ้นด้วยเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ชิปบนกระดาน (COB) ที่เพิ่มขึ้น หลักการพื้นฐานคือการแนะนำออกซิเจนระหว่าง Cu และเซรามิกจากนั้นสร้างเฟสของเหลว cu/o eutectic ที่ 1065 ~ 1083 ℃จากนั้นทำปฏิกิริยากับฐานเซรามิกและฟอยล์ทองแดงเพื่อสร้าง Cualo2 หรือ Cu (Alo2) 2 และตระหนักถึงพันธะระหว่าง ฟอยล์ทองแดงและเมทริกซ์เซรามิกภายใต้การกระทำของเฟสกลาง
6. Vaccum Magnetron Sputtering
มันเป็นชนิดของการสะสมไอทางกายภาพซึ่งฝากฟิล์มหลายชั้นบนพื้นผิวด้วยเทคโนโลยีการควบคุมแม่เหล็ก， ซึ่งมีข้อดีที่เทคโนโลยีการสะสมอื่น ๆ ไม่มีการยึดเกาะที่ดีขึ้นมลพิษน้อยลง -ภาพยนตร์คุณภาพ ชั้นโลหะที่ได้จากวิธีนี้บางมากซึ่งสามารถมั่นใจได้ถึงความแม่นยำของมิติของชิ้นส่วน กระบวนการ DPC รองรับ PTH (Electroplated ผ่าน Hole) /Vias (ผ่าน Hole) การประกอบความหนาแน่นสูงเป็นไปได้ - ความละเอียดของเส้น/พิทช์ (L/S) สามารถถึง20μmดังนั้นจึงได้รับน้ำหนักเบาขนาดเล็กและการรวมอุปกรณ์
วัสดุโลหะ
❃ วิธี MO-MN ส่วนใหญ่รวมถึงโมลิบดีนัม, แมงกานีส, ทังสเตน, นิกเกิล, เงินและทองคำ
❃ วิธี DBC ส่วนใหญ่ประกอบด้วยทองแดงปราศจากออกซิเจน （OFC）
❃ วัสดุของวิธีการโลหะอื่น ๆ : แพลเลเดียม (PD), แพลตตินัม (PT), ไทเทเนียม (TI) และอลูมิเนียม (AL) โลหะผสมโลหะที่เลือกอาจใช้
ประเภทของเซรามิกโลหะ
1. ชิ้นส่วนโครงสร้างเซรามิกเมทัลไลซ์
พวกเขาส่วนใหญ่ปกป้อง, hermetic, สนับสนุน, ฉนวน, เชื่อมต่อและกระจายความร้อน วัสดุหลักที่ใช้ ได้แก่ อลูมิเนียมออกไซด์ (Al 2 O 3 ) เซรามิก, เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง (ZTA), เซอร์โคเนียเซรามิก (ZRO 2 ), อะลูมิเนียมไนไตรด์เซรามิก (ALN), เบริลเลียมออกไซด์ (Beo) และ Boron nitride (BN)
2. สารตั้งต้นเซรามิกเมทัลไลซ์
ในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่จะใช้เป็นตัวพาวงจรเพื่อช่วยในการกระจายความร้อนชิปและฉนวนกันความร้อน วัสดุหลัก ได้แก่ อลูมินา, อลูมิเนียมไนไตรด์, ซิลิกอนไนไตรด์และเบริลเลียมออกไซด์
การใช้เซรามิกโลหะ
applications แอพพลิ เคชั่ นพลังงานสูงและความถี่สูง: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน, อุปกรณ์ไมโครเวฟ, เครื่องขยายเสียง RF
ส่วนประกอบและอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ : วงจรรวมตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเซ็นเซอร์และทรานสดิวเซอร์
❃ บรรจุภัณฑ์และการปิดผนึก Hermetic: ท่อสูญญากาศ, หลอดอิเล็กตรอน, อุปกรณ์ออพโตอิเล็กทรอนิกส์, การปลูกถ่ายทางการแพทย์และอุปกรณ์
บทสรุป
การวิจัยที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกลไกการทำโลหะของเซรามิกและการสำรวจและพัฒนากระบวนการใหม่เป็นพื้นฐานสำหรับการปรับปรุงพื้นผิวโลหะและเซรามิกซีลซึ่งจะขยายสนามแอปพลิเคชันและเป็นทิศทางการวิจัยในอนาคต