Metalize seramik nedir
Metalize seramikler, tasarlanmış seramiklerin spesifik yüzeyine biriken bir metal film tabakasını ifade eder ve daha sonra yüksek sıcaklık azaltma atmosferi (hidrojen veya azot) fırında iyileştirilir, böylece metal film seramik bileşenlerinin yüzeyine sıkıca bağlanır, Şekil 1.
Şekil 1: Metalize seramikler
Seramik metalizasyonun amacı
Tipik bir inorganik metalik olmayan malzeme olarak, gelişmiş seramikler, mükemmel elektrik, fiziksel ve kimyasal, mekanik, termal ve optik özellikleri nedeniyle çeşitli yüksek voltaj, yüksek akım ve yüksek basınçlı vakum cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu pratik uygulamalar genellikle paslanmaz çelik, oksijensiz bakır, Kovar vb.
Seramik ve metal malzemelerin termal genleşme katsayısı büyük farklılıklara sahip olduğundan, iki malzemenin doğal olarak zayıf bir ıslatma etkisi vardır. Bu alanlarda, seramik ve metal parçaların sızdırmazlığı yüzeyi, aralıktan sonra sıkı sızdırmazlık mukavemeti (gerilme mukavemeti) ve hava sıkılığı gereksinimlerine sahiptir. Böylece, doğrudan bağlanamazlar. Böylece seramik metalizasyon teknolojisi doğdu.
Metalize seramiklerin güçlü yönleri
1. Yüksek termal iletkenlik - çipin ürettiği ısı, seramik parçalara doğrudan aktarabilir
2. İdeal termal genleşme katsayısı - Gelişmiş seramik ve yongaların termal genleşme katsayısı benzerdir ve sıcaklık farkı değiştiğinde çok fazla deformasyona neden olmaz.
3. Düşük dielektrik sabiti - Seramik malzemenin dielektrik sabiti sinyal kaybını azaltır, bu nedenle teknik seramik malzemeler iletişim ekipmanlarında ve sinyal iletiminde yaygın olarak kullanılır.
4. Yüksek bağlama kuvveti - Metal tabakasının yüksek bağlanma mukavemeti ve seramik devre kartı ürünlerinin seramik substratı, 45MPA'ya kadar (1 mm kalınlığında seramik parçaların gücünden daha dikkat çekici)
5. Yüksek çalışma sıcaklığı-Sericikler, büyük dalgalanmalarla yüksek ve düşük sıcaklık döngülerine dayanabilir ve hatta uzun süre 800 derecelik yüksek çalışma sıcaklığında çalışabilir.
6. Yüksek elektrikli yalıtım - endüstriyel seramikler, yüksek arıza voltajlarına, özellikle camdan sonra seramik izolatörlere dayanabilen ve hatta 100kV'nin üzerindeki voltajlara sahip alanlarda uygulanabilen yalıtım malzemeleridir.
7. Kimyasal stabilite - Seramik gövde daha iyi kimyasal stabiliteye sahiptir. En güçlü asit ve bazlarla reaksiyona girmeyecek ve yüksek sıcaklık bir ortamda oksitlenmeyecektir.
Seramik metalleşme mekanizması
Seramik metalleşme mekanizması, oksitler ve metalik olmayan oksitler gibi farklı sinterleme aşamalarında çeşitli maddelerin ve metalize tabakalarda çeşitli maddelerin farklı kimyasal reaksiyonlarından ve difüzyon göçünden yararlanır.
Sıcaklık arttıkça, tüm maddeler ara bileşikler oluşturmak ve ortak erime noktasına ulaşmak için reaksiyona girdiğinde sıvı fazı oluşur. Sıvı cam fazı spesifik bir viskoziteye sahiptir ve aynı anda plastik bir akış üretir. Daha sonra, cam parçacıkları kılcal damarların etkisi altında yeniden düzenlenir ve atomlar veya moleküller dağınıktır ve yüzey enerjisi sürüşü altında göç edilir. Gözenekler, tane boyutunun artmasıyla yavaş yavaş küçülür ve kaybolur, böylece metalize tabakanın yoğunlaşmasını gerçekleştirir.
Seramik metalleştirme yöntemleri
1. Mo-Mn yöntemi
Mo-Mn yöntemi, refrakter metal tozu MO'ya dayanır ve daha sonra az miktarda düşük eritme noktası Mn metalizasyon formülü, AL2O3 seramik yüzeyine bir bağlayıcı kaplama ekler ve daha sonra bir MO MN metalleştirme tabakası oluşturmak için sinterlenir.
2. Aktif Mo-Mn yöntemi
Aktif Mo-Mn yöntemi geleneksel olana dayalı bir gelişmedir. İyileştirme için ana yönler aktivatörler eklemek ve metal tozunu molibden ve manganez oksitler veya tuzlarla değiştirmektir. Bu iyileştirmelerin her ikisi de metalleştirme sıcaklığını azaltmak için tasarlanmıştır.
3. Gümüş macun sinterleme yöntemi
Gümüş yöntem, seramik yüzeyine Ag tuz akısı ve yapıştırıcıdan oluşan bir Ag macunu tabakası uygulanmasını ve daha sonra Ag iyonlarını elemental Ag'e indirmek için yüksek sıcaklıklarda sinterlemeyi içerir. Ag tabakası, trietanolamin gümüş karbonat veya amonyağa gümüş nitrat ilave edilerek azaltılabilir ve daha sonra formaldehit veya formik asit ile azaltılabilir.
Gümüş iyonların güçlü difüzyonu nedeniyle, gümüş macun sinterleme yöntemi, güçlü elektrik alanlarında kullanılan elektrik aletleri için uygun değildir. Elektrik özellikleri yüksek sıcaklıklar, yüksek nem ve doğrudan akım elektrik alanları altında hızla bozulacaktır.
4. Aktif metal lehimleme- Amb
Aktif metal lehimleme aynı zamanda daha yaygın olarak kullanılan bir seramik-metal sızdırmazlık işlemidir; Daha az süreç, daha kısa döngüler, iyi kaynak güvenilirliği ve çeşitli farklı seramik malzemeler için uygun olan Mo-Mn yönteminin geliştirilmesinden 10 yıl sonra. Seramik metal sızdırmazlık sadece bir ısıtma işlemi ile tamamlanabilir. Tarifli alaşımlar ilave Ti, Zr, HF ve TA aktif elemanları içerir; Eklenen aktif elemanlar, arayüzde metal özelliklere sahip bir reaksiyon tabakası oluşturmak için AL2O3 ile reaksiyona girer; Bu yöntem, molibden-manganez işlemine kıyasla büyük ölçekli üretime kolayca uyarlanabilir, bu yöntem nispeten basit ve ekonomiktir.
5. Doğrudan Bond Cooper - DBC
DBC, bakır folyoyu bir seramik yüzeye (esas olarak AL2O3 ve ALN) bağlamak için bir metalleştirme yöntemidir, bu da Chip-on-To-to-pound (COB) ambalaj teknolojisinin yükselişi ile geliştirilen yeni bir işlemdir. Temel prensip, Cu ve seramik arasında oksijen eklemek ve daha sonra 1065 ~ 1083 ℃ 'de Cu/O ötektik sıvı faz oluşturmak ve daha sonra Cualo2 veya Cu (ALO2) 2 oluşturmak için seramik taban ve bakır folyo ile reaksiyona girmek ve ara fazın etkisi altında bakır folyo ve seramik matrisi.
6. VACUM MAGNETRON PÜZONU
Manyetik kontrol teknolojisi ile substrat üzerinde çok katmanlı film biriktiren bir tür fiziksel buhar birikimidir ， Diğer biriktirme teknolojilerinin sahip olmadığı avantajları, daha iyi yapışma, daha az kirlilik ve birikmiş numunenin yükseltilmiş kristalinliği, yüksek elde etmek için kristallik -kaliteli film. Bu yöntemle elde edilen metalizasyon tabakası çok incedir, bu da parçanın boyutunun doğruluğunu sağlayabilir. DPC işlemi PTH'yi (delikten elektroploke) /Vias'ı (delikten) destekler. Yüksek yoğunluklu montaj mümkündür - hat/perde (l/s) çözünürlüğü 20μm'ye ulaşabilir, böylece hafif, minyatürleştirme ve cihazların entegrasyonu elde edebilir.
Metalleştirme malzemeleri
❃ Mo-Mn yöntemi esas olarak molibden, manganez, tungsten, nikel, gümüş ve altın içerir.
❃ DBC yöntemi esas olarak oksijensiz bakır （OFC içerir）
❃ Diğer metalleştirme yöntemlerinin malzemeleri: palladyum (PD), platin (PT), titanyum (TI) ve alüminyum (AL). Seçilmiş metal alaşımları da kullanılabilir.
Metalize seramik türleri
1. Metalize seramik yapısal parçalar
Esas olarak ısıyı korur, hermetik, destek, yalıtım, bağlanır ve dağıtırlar. Kullanılan ana malzemeler arasında alüminyum oksit (Al 2O 3 ) seramik, zirkonya sertleştirilmiş alümina (ZTA), zirkonya seramik (ZRO 2 ), alüminyum nitrür seramik (ALN), berilyum oksit (BEO) ve bor nitrür (BN) bulunur.
2. Metalize seramik substrat
Uygulamada, esas olarak çip ısı dağılmasına ve yalıtımına yardımcı olmak için bir devre taşıyıcı olarak kullanılır. Birincil malzemeler arasında alümina, alüminyum nitrür, silikon nitrür ve berilyum oksit bulunur.
Metalize seramiklerin kullanımı
❃ Yüksek güçlü ve yüksek frekanslı uygulamalar: Güç elektroniği, mikrodalga cihazlar, RF amplifikatörleri
❃ Elektronik bileşenler ve cihazlar: entegre devreler, dirençler ve kapasitörler, sensörler ve dönüştürücüler
❃ Hermetik ambalaj ve sızdırmazlık: vakum tüpleri, elektron tüpleri, optoelektronik cihazlar, tıbbi implantlar ve cihazlar.
Çözüm
Seramiklerin metalleştirme mekanizması ve yeni süreçlerin araştırılması ve geliştirilmesi üzerine daha derin araştırmalar, uygulama alanını daha da genişletecek ve gelecekteki araştırma yönü olan metal ve seramik sızdırmazlık yüzeyini iyileştirmenin temelidir.