Gốm kim loại là gì
Gốm kim loại đề cập đến một lớp màng kim loại lắng đọng trên bề mặt cụ thể của gốm được thiết kế và sau đó được chữa khỏi trong môi trường giảm nhiệt độ cao (hydro hoặc nitơ) để màng kim loại sẽ gắn chặt vào bề mặt của các thành phần gốm, tham chiếu đến Hình 1. Sau quá trình kim loại hóa, bề mặt gốm cung cấp các đặc tính của kim loại và có thể đạt được kết nối hấp dẫn giữa gốm và kim loại bằng cách sử dụng hàn.
Hình 1: Gốm sứ kim loại
Mục đích của quá trình luyện kim gốm
Là một vật liệu phi kim loại vô cơ điển hình, gốm sứ tiên tiến đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị chân không điện áp cao, dòng điện cao và áp suất cao khác nhau vì các tính chất điện, vật lý & hóa học, cơ học, nhiệt và quang học tuyệt vời của chúng. Các ứng dụng thực tế này thường liên quan đến khớp của gốm sứ và các bộ phận kim loại trong các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như thép không gỉ, đồng không có oxy, Kovar, v.v.
Do hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu gốm và kim loại có sự khác biệt lớn, hai vật liệu tự nhiên có tác dụng làm ướt kém. Trong các lĩnh vực này, bề mặt niêm phong của các bộ phận gốm và kim loại có độ bền niêm phong nghiêm ngặt (độ bền kéo) và yêu cầu độ kín của không khí sau khi hàn. Vì vậy, chúng không thể được kết nối trực tiếp. Vì vậy, công nghệ luyện kim gốm đã ra đời.
Điểm mạnh của gốm kim loại
1. Độ dẫn nhiệt cao, nhiệt mà chip tạo ra có thể chuyển trực tiếp vào các bộ phận gốm
2. Hệ số giãn nở nhiệt lý tưởng Hệ số mở rộng nhiệt của gốm và chip tiên tiến là tương tự nhau, và nó sẽ không gây ra quá nhiều biến dạng khi chênh lệch nhiệt độ thay đổi.
3. Hằng số điện môi thấp, hằng số điện môi của vật liệu gốm làm giảm tổn thất tín hiệu, do đó, vật liệu gốm kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong thiết bị truyền thông và truyền tín hiệu.
4. Lực liên kết cao - Độ bền liên kết cao của lớp kim loại và chất nền gốm của các sản phẩm bảng mạch gốm, lên tới 45MPa (đáng chú ý hơn so với độ bền của các bộ phận gốm dày 1mm)
5. Nhiệt độ hoạt động cao, có thể chịu được các chu kỳ nhiệt độ cao và thấp với các dao động lớn và thậm chí có thể hoạt động ở nhiệt độ hoạt động cao 800 độ trong một thời gian dài.
6. Vật liệu cách điện cao của gốm sứ công nghiệp là vật liệu cách điện có thể chịu được điện áp phân hủy cao, đặc biệt là chất cách điện bằng gốm sau khi tráng men và thậm chí có thể được áp dụng trên các trường có điện áp trên 100kV.
7. Độ ổn định hóa học Cơ thể gốm có độ ổn định hóa học tốt hơn. Nó sẽ không phản ứng với hầu hết các axit và bazơ mạnh và sẽ không bị oxy hóa trong môi trường nhiệt độ cao.
Cơ chế luyện kim gốm
Cơ chế của quá trình luyện kim gốm tận dụng các phản ứng hóa học khác nhau và sự di chuyển khuếch tán của các chất khác nhau trong gốm sứ tiên tiến và các lớp kim loại ở các giai đoạn thiêu kết khác nhau, như oxit và oxit phi kim.
Khi nhiệt độ tăng, pha lỏng được hình thành khi tất cả các chất phản ứng để tạo thành các hợp chất trung gian và đạt đến điểm nóng chảy chung. Pha thủy tinh lỏng có độ nhớt cụ thể và tạo ra một dòng nhựa đồng thời. Sau đó, các hạt thủy tinh được sắp xếp lại dưới tác động của mao mạch, và các nguyên tử hoặc phân tử được khuếch tán và di chuyển dưới ổ đĩa của năng lượng bề mặt. Các lỗ chân lông dần co lại và biến mất với sự gia tăng kích thước hạt, do đó nhận ra sự tăng cường của lớp kim loại.
Phương pháp luyện kim gốm
1. Phương pháp MO-MN
Phương pháp MO-MN dựa trên bột kim loại chịu lửa MO, và sau đó tạo ra một lượng nhỏ công thức luyện kim MN điểm cảm động thấp, thêm lớp phủ chất kết dính vào bề mặt gốm Al2O3, sau đó thiêu kết để tạo thành lớp luyện kim mo mn.
2. Phương pháp MO-MN được kích hoạt
Phương pháp MO-MN được kích hoạt là một cải tiến dựa trên phương pháp truyền thống. Các hướng chính để cải thiện là thêm các chất kích hoạt và thay thế bột kim loại bằng oxit molypden và mangan hoặc muối. Cả hai cải tiến này được thiết kế để giảm nhiệt độ kim loại.
3. Phương pháp thiêu kết bạc dán
Phương pháp bạc liên quan đến việc áp dụng một lớp dán Ag lên bề mặt gốm, bao gồm thông lượng muối Ag và chất kết dính, sau đó thiêu kết ở nhiệt độ cao để giảm các ion Ag thành Ag nguyên tố. Lớp Ag có thể được giảm bằng triethanolamine bạc cacbonat hoặc bằng cách thêm nitrat bạc vào amoniac và sau đó giảm bằng formaldehyd hoặc axit formic.
Do sự khuếch tán mạnh mẽ của các ion bạc, phương pháp thiêu kết bạc không phù hợp cho các thiết bị điện được sử dụng trong các điện trường mạnh. Các tính chất điện sẽ xuống cấp nhanh chóng dưới nhiệt độ cao, độ ẩm cao và điện trường trực tiếp.
4. Hải kim kim loại hoạt động- Amb
Mà kim loại hoạt động cũng là một quá trình niêm phong gốm từ kim loại được sử dụng rộng rãi hơn; Nó đã muộn hơn 10 năm so với sự phát triển của phương pháp MO-MN, được đặc trưng bởi ít quy trình hơn, chu kỳ ngắn hơn, độ tin cậy hàn tốt và phù hợp cho nhiều vật liệu gốm khác nhau. Việc niêm phong kim loại gốm có thể được hoàn thành chỉ với một quá trình sưởi ấm. Hợp kim hàn có chứa các yếu tố hoạt động Ti, Zr, HF và TA được thêm vào; Các yếu tố hoạt động được thêm vào phản ứng với AL2O3 để tạo thành một lớp phản ứng với các đặc tính kim loại tại giao diện; Phương pháp này có thể dễ dàng thích nghi với sản xuất quy mô lớn, so với quy trình Molybdenum-- mangan, phương pháp này tương đối đơn giản và kinh tế.
5. Bond Cooper trực tiếp - DBC
DBC là một phương pháp kim loại hóa để liên kết lá đồng trên bề mặt gốm (chủ yếu là AL2O3 và ALN), đây là một quá trình mới được phát triển với sự gia tăng của công nghệ bao bì chip-on-board (COB). Nguyên tắc cơ bản là giới thiệu oxy giữa Cu và gốm, sau đó tạo thành pha chất lỏng Cu/O Eutectic ở 1065 ~ 1083, sau đó phản ứng với cơ sở gốm và lá đồng để tạo thành CualO2 hoặc Cu (ALO2) và nhận ra sự liên kết giữa việc liên kết giữa Lá đồng và ma trận gốm dưới tác động của pha trung gian.
6. Vắc -vôi
Là một loại lắng đọng hơi vật lý, lắng đọng màng đa lớp trên cơ chất bằng công nghệ điều khiển từ tính có lợi thế mà các công nghệ lắng đọng khác không có -Phim chất lượng. Lớp luyện kim thu được bằng phương pháp này rất mỏng, có thể đảm bảo độ chính xác của kích thước của bộ phận. Quá trình DPC hỗ trợ PTH (mạ điện qua lỗ) /vias (qua lỗ). Có thể lắp ráp mật độ cao - độ phân giải đường/sân (L/S) có thể đạt 20μm, do đó đạt được trọng lượng nhẹ, thu nhỏ và tích hợp các thiết bị.
Vật liệu luyện kim
Phương pháp MO-MN chủ yếu bao gồm molybdenum, mangan, vonfram, niken, bạc và vàng.
Phương pháp DBC chủ yếu bao gồm đồng không có oxy （OFC）
Vật liệu của các phương pháp kim loại hóa khác: palladi (PD), bạch kim (Pt), titan (Ti) và nhôm (AL). Hợp kim kim loại được chọn cũng có thể được sử dụng.
Các loại gốm kim loại
1. Các bộ phận cấu trúc gốm kim loại
Họ chủ yếu bảo vệ, ẩn dật, hỗ trợ, cách nhiệt, kết nối và tiêu tan nhiệt. Các vật liệu chính được sử dụng bao gồm gốm nhôm oxit (Al 2 O 3 ), zirconia tăng cường alumina (ZTA), gốm zirconia (ZRO 2 ), gốm nitride nhôm (ALN), oxit beryllium (BEO) và boron nitride (BN).
2. Chất nền gốm kim loại
Trong ứng dụng, nó chủ yếu được sử dụng như một chất mang mạch để hỗ trợ phân tán nhiệt và cách nhiệt của chip. Các vật liệu chính bao gồm alumina, nhôm nitride, silicon nitride và beryllium oxit.
Việc sử dụng gốm kim loại
Các ứng dụng công suất cao và tần số cao: Điện tử điện, thiết bị vi sóng, bộ khuếch đại RF
Các thành phần và thiết bị điện tử: Mạch tích hợp, điện trở và tụ điện, cảm biến và đầu dò
Bao bì ẩn dật và niêm phong: ống chân không, ống electron, thiết bị quang điện tử, cấy ghép y tế và thiết bị.
Phần kết luận
Nghiên cứu sâu sắc hơn về cơ chế luyện kim của gốm sứ và thăm dò và phát triển các quy trình mới là cơ sở để cải thiện bề mặt niêm phong kim loại và gốm, sẽ tiếp tục mở rộng lĩnh vực ứng dụng và là hướng nghiên cứu trong tương lai.