A kerámia hűtőborda szubsztrátumok főbb fémezési folyamatainak és alkalmazásainak áttekintése

Ahogy az elektronikus technológia a nagyobb teljesítménysűrűség, magasabb frekvencia és miniatürizálás felé halad, a hőkezelés a rendszer teljesítményét és megbízhatóságát korlátozó alapvető tényezővé vált. A kerámia hordozók kiváló hővezető képességükkel, elektromos szigetelésükkel, magas hőmérsékleti ellenállásukkal és hőtágulási jellemzőikkel a teljesítmény-félvezetők és a csúcskategóriás{2}elektronikai csomagolások kulcsfontosságú hordozóivá váltak. Különösen az olyan kulcsfontosságú folyamatok támogatásával, mint az alumínium fémezése, a kerámia anyagok szigetelő közegből rendkívül megbízható elektromos összekötő szerkezetekké válhatnak, amelyek alapvető szerepet játszanak a modern elektronikus rendszerekben.

 

A szinterezés után a kerámia felületeket fémbe kell vonni, hogy vezető réteget képezzenek, lehetővé téve az elektromos kapcsolatokat a chip és a külső áramkörök között. A jelenlegi mainstream technológiák két fő kategóriába sorolhatók: sík fémezés és háromdimenziós együtttüzelés{2}. Ezek közül az Alumínium Kerámiák Metallizálása folyamat kiforrott alkalmazási alapot teremtett a teljesítményelektronikában, a kommunikációs berendezésekben és az új energetikai járművekben.

 

 

 

A sík kerámia hordozók jellemzően vezető rétegeket képeznek kétdimenziós felületeken, például porlasztással, párologtatással, galvanizálással vagy kémiai bevonással. Ez az eljárás kiforrott, költséghatékony- és tömeggyártásra is alkalmas, így ez a fő megoldás az elektromos alkalmazásokhoz használt fémes kerámiák területén.

 

1. DPC (Directly Plated Ceramic) eljárás

A félvezető mikrogyártáson alapuló DPC technológia nagy-precíziós áramkör-gyártást tesz lehetővé a magrétegek porlasztásával, a fotolitográfiai mintázatátvitellel és a galvanizáló vastagítással. Ezzel a technológiával 20–30 μm-es finom vonalak érhetők el, rendkívül magas mintafelbontást és igazítási pontosságot kínálva. Ezzel egyidejűleg alacsony hőmérsékletű folyamatokat{5}} alkalmaz, hatékonyan elkerülve a termikus igénybevételnek az anyag szerkezetére gyakorolt ​​hatását.

 

A DPC különösen alkalmas nagy-integrációjú csomagolási alkalmazásokhoz, például LED-csomagolásokhoz, mikroelektronikai eszközökhöz és nagy-sűrűségű összekapcsoló modulokhoz, és a precíziós fémezett kerámiák megvalósításának egyik kulcsfontosságú technológiai útja. A fémréteg vastagsága azonban korlátozott, a galvanizálás egyenletességének ellenőrzése kihívást jelent, és magas követelményeket támasztanak a folyamat stabilitásával szemben.

 

2. DBC (Direct Copper Ceramic) eljárás

A DBC-eljárás magas hőmérsékleten eutektikus reakció révén éri el a kohászati ​​kötést a réz és a kerámia között, ami rendkívül nagy kötési szilárdságot és kiváló hővezető képességet eredményez. A rézréteg vastagsága széles skálán mozog (120-700 μm), ami megfelel a nagy áramátvitel követelményeinek, és az egyik legkiforrottabb megoldás az erősáramú készülékek csomagolására.

 

Ezt a technológiát széles körben használják IGBT-modulokban, tápegységekben és más területeken, ami a fémezett alumínium-oxid kerámiák elektromos alkatrészekhez való tipikus alkalmazását jelenti. Vonalszélességi pontossága azonban viszonylag alacsony, a megbízhatóságot pedig a határfelületi mikropórusok befolyásolhatják termikus ciklusos körülmények között, így korlátozva a nagy-precíziós csomagolásban való alkalmazását.

 

3. AMB (Active Metal Bonding) eljárás

Az AMB technológia olyan aktív elemeket tartalmazó forrasztóanyagot vezet be, mint például a Ti, hogy erős határfelületi kötést érjen el a kerámia és a fém között közepes és magas hőmérsékleten, hatékonyan csökkentve a hőtágulási eltérések okozta stresszproblémákat. A hagyományos DBC-hez képest kiváló megbízhatóságot mutat magas-hőmérsékletű ciklikus körülmények között.

 

Ez az eljárás alkalmas nagy teljesítménysűrűségű és magas hőmérsékletű üzemi környezetekben, például új energiahordozó járművek tápmoduljaiban és harmadik-generációs félvezető eszközök csomagolásában, és fontos irány a nagyszilárdságú fémezett kerámia alkatrészek fejlesztésében. Ugyanakkor magas követelményeket támaszt a technológiai környezettel (vákuum vagy védőatmoszférával) és az anyagrendszerrel szemben, ami viszonylag magas költségeket eredményez.

 

 

 

Ahogy a csomagolási szerkezetek a háromdimenziós integráció felé fejlődnek, a háromdimenziós kerámia hordozók üreges szerkezetekkel és több-rétegű összekapcsolási lehetőségekkel fokozatosan a csúcskategóriás csomagolások fontos hordozóivá- válnak. Ez a fajta technológia együtt égetett kerámiát használ magként, ami nagy-sűrűségű vezetékezést és hermetikusan zárt csomagolást tesz lehetővé, és széles körben alkalmazzák a nagy-megbízhatóságú elektronikus rendszerekben.

 

1. HTCC (magas-hőmérsékletű együtt-égetett kerámia)

A HTCC magas -olvadáspontú- fémpasztákat (például wolframot és molibdént) és kerámiaanyagokat használ, amelyeket 1500 fok feletti hőmérsékleten együtt égetnek, hogy egységes szerkezetet alkossanak. Kiváló mechanikai szilárdsággal és magas hőmérsékletnek{5}}álló ellenálló képességgel rendelkezik, így extrém körülmények között is alkalmas elektronikus csomagolásra.

 

Ezt a technológiát széles körben használják katonai, űrhajózási és nagy{0}}teljesítményű modulokban, és egy tipikus fémezett kerámia ház az energiafélvezetők számára megoldás. Gyártási költsége azonban magas, vezetőképessége pedig viszonylag korlátozott, ezért nem alkalmas nagy-frekvenciás precíziós áramkörökhöz.

 

2. LTCC (alacsony-hőmérsékletű együtt{2}}égetett kerámia)

Az LTCC alacsony hőmérsékletű{0}}szinterelő anyagrendszert használ (<950℃), allowing it to be co-fired with highly conductive metals such as gold, silver, and copper. It possesses excellent electrical properties and high design flexibility. Its linewidth can be as low as 50μm, making it suitable for high-frequency, high-speed, and miniaturized packaging requirements.

 

Az 5G-kommunikáció, a radarrendszerek és a nagy{1}frekvenciás modulok terén az LTCC az egyik főbb megoldássá vált, amelyet széles körben használnak az alumínium-oxiddal fémezett kerámiákban elektronikus alkalmazásokhoz. Hátránya, hogy mechanikai szilárdsága és hővezető képessége valamivel alacsonyabb, mint a HTCC rendszereké.

 

 

Alkalmazási szempontból a különböző fémezési eljárások mindegyikének megvannak a maga előnyei:

 

DPC: Nagy pontosságú, miniatűr csomagolás → Mikroelektronika, LED

DBC: Nagy hővezető képesség, nagy áramerősség → Tápmodulok, IGBT-k

AMB: Nagy megbízhatóság, magas{0}}hőmérsékletű ciklus → Új energiájú járművek, SiC/GaN eszközök

HTCC: Nagy szilárdság, magas hőmérséklet-állóság → Katonai és extrém környezetek

LTCC: Nagy frekvencia, nagy integráció → Kommunikáció és nagy sebességű{0}}elektronika

 

A gyakorlati tervezésben átfogó kiválasztási folyamatot kell végezni, figyelembe véve a hővezető képességre vonatkozó követelményeket, az áramerősséget, a csomagolás sűrűségét és a költségeket, hogy az optimális teljesítmény-illesztést érjük el. Ezek a technológiák együttesen alkotják a fémezett kerámiák elektromos alkatrészekhez alapvető technológiai rendszerét.

 

 

 

A kerámia fémezési technológiájának jövőbeli fejlesztése a következő irányokra fog összpontosítani:

 

Magasabb hővezető képesség (SiC/GaN eszközökhöz)

Nagyobb vezetékezési pontosság (mikron{0}}szint vagy akár nanométer-szint)

Több-anyagú kompozitok (csúcskategóriás-kerámiák, például AlN és Si₃N₄)

Három-dimenziós integráció és rendszer-csomagban- (SiP)

 

Ezzel egyidejűleg az Alumina Metallized Ceramics-hoz kapcsolódó precíziós megmunkálási és szerkezeti optimalizálási képességek döntő versenyelőnnyé válnak a termék hozzáadott értékének növelésében.

 

 

Professzionális gyártóként alumínium-oxid kerámia alkatrészek precíziós megmunkálására és nagy-megbízhatóságú fémezési megoldásokra specializálódtunk, és elkötelezettek vagyunk amellett, hogy ügyfeleink számára integrált támogatást nyújtsunk az anyagválasztástól és a szerkezeti tervezéstől a fémezés megvalósításáig. Termékeink közé tartoznak a fémezett kerámia szigetelőcsövek,Metalizáló kerámia alkatrészek, nagy-precíziós szerkezeti elemek és testreszabott csomagolási hordozók, amelyeket széles körben használnak az új energia-, teljesítményelektronika és csúcsminőségű{1}}berendezések területén.

 

Kiforrott folyamatrendszerünk és stabil gyártási képességeink kiaknázásával alumíniumoxid fémezett kerámiákat tudunk biztosítani ragasztáshoz és különféle funkcionális kerámia alkatrészeket, amelyek megfelelnek a szigorú alkalmazási követelményeknek, segítve az ügyfeleket a nagyobb teljesítmény és nagyobb megbízhatóságú rendszerintegrációs megoldások elérésében.