Pagrindinių metalizavimo procesų ir keraminių aušintuvų substratų pritaikymo apžvalga

Elektroninėms technologijoms tobulėjant link didesnio galios tankio, didesnio dažnio ir miniatiūrizavimo, šilumos valdymas tapo pagrindiniu veiksniu, ribojančiu sistemos veikimą ir patikimumą. Keraminiai pagrindai, pasižymintys puikiu šilumos laidumu, elektros izoliacija, aukšta-atsparumu temperatūrai ir atitinkančiomis šiluminio plėtimosi charakteristikas, tapo itin svarbiais galios puslaidininkių ir aukštos{2} klasės elektroninių pakuočių nešikliais. Ypač palaikant pagrindinius procesus, tokius kaip aliuminio metalizavimas, keraminės medžiagos iš izoliacinės terpės gali virsti labai patikimomis elektros sujungimo struktūromis, kurios vaidina pagrindinį vaidmenį šiuolaikinėse elektroninėse sistemose.

 

Po sukepinimo keraminiai pagrindai turi būti metalizuojami, kad būtų sukurtas laidus sluoksnis, leidžiantis elektros jungtims tarp lusto ir išorinių grandinių. Dabartines pagrindines technologijas galima suskirstyti į dvi pagrindines kategorijas: plokštuminį metalizavimą ir trimatį metalizavimą kartu su degimu. Aliuminio keramikos metalizavimo procesas sukūrė brandų pagrindą galios elektronikos, ryšių įrangos ir naujų energetinių transporto priemonių srityse.

 

 

 

Plokštieji keraminiai pagrindai paprastai sudaro laidžius sluoksnius ant dviejų{0}}dimensijų paviršių naudojant tokius metodus kaip purškimas, garinimas, galvanizavimas arba cheminis padengimas. Šis procesas yra brandus, ekonomiškas-ir tinkamas masinei gamybai, todėl tai yra pagrindinis sprendimas metalizuotos keramikos, skirtos elektrai, srityje.

 

1. DPC (tiesiogiai padengtos keramikos) procesas

DPC technologija, pagrįsta puslaidininkių mikrogamyba, užtikrina didelio{0}}tikslumo grandinių gamybą purškiant sėklų sluoksnius, perduodant fotolitografinį raštą ir galvanizuojant. Ši technologija gali pasiekti smulkias linijas 20–30 μm lygyje, o tai užtikrina itin didelę rašto skiriamąją gebą ir išlygiavimo tikslumą. Tuo pačiu metu jame naudojami žemos temperatūros procesai, veiksmingai išvengiant šiluminio įtempimo poveikio medžiagos struktūrai.

 

DPC ypač tinka didelės-integracijos pakavimo programoms, pvz., LED pakuotėms, mikroelektroniniams įrenginiams ir didelio-tankio sujungimo moduliams, ir yra vienas iš pagrindinių technologinių būdų pasiekti tikslią metalizuotą keramiką. Tačiau jo metalo sluoksnio storis yra ribotas, galvanizavimo vienodumo kontrolė yra sudėtinga, o proceso stabilumui keliami aukšti reikalavimai.

 

2. DBC (tiesioginės vario keramikos) procesas

DBC procese pasiekiamas metalurginis ryšys tarp vario ir keramikos per eutektinę reakciją esant aukštai temperatūrai, todėl gaunamas itin didelis sukibimo stiprumas ir puikus šilumos laidumas. Jo vario sluoksnio storis svyruoja plačiai (120–700 μm), atitinkantis didelės srovės perdavimo reikalavimus ir todėl tai vienas brandžiausių sprendimų galios įrenginių pakavimui.

 

Ši technologija plačiai naudojama IGBT moduliuose, maitinimo šaltiniuose ir kitose srityse, tai yra tipiškas metalizuoto aliuminio oksido keramikos pritaikymas elektriniams komponentams. Tačiau jo linijos pločio tikslumas yra palyginti mažas, o patikimumą gali paveikti sąsajos mikroporos terminio ciklo sąlygomis, todėl jo taikymas labai{1}}tikslioje pakuotėje yra ribotas.

 

3. AMB (Active Metal Bonding) procesas

AMB technologijoje įdiegtas lydmetalis, kurio sudėtyje yra aktyvių elementų, tokių kaip Ti, kad būtų pasiektas stiprus sąsajos ryšys tarp keramikos ir metalo esant vidutinei ir aukštai temperatūrai, veiksmingai sumažinant streso problemas, kylančias dėl šiluminio plėtimosi neatitikimo. Palyginti su tradiciniu DBC, jis pasižymi puikiu patikimumu aukštoje{1}}temperatūroje.

 

Šis procesas tinka didelio galios tankio ir aukštos{0} temperatūros darbo aplinkoms, pvz., naujų energijos transporto priemonių galios moduliams ir trečiosios-kartos puslaidininkinių įrenginių pakuotėms, ir yra svarbi kryptis kuriant didelio-stiprumo metalizuotus keramikos komponentus. Tačiau jam keliami aukšti reikalavimai proceso aplinkai (vakuumui arba apsauginei atmosferai) ir medžiagų sistemai, todėl sąnaudos yra gana didelės.

 

 

 

Pakuočių struktūroms tobulėjant trimatės{0}}dimensijos integracijos link, trijų-dimensijų keraminiai pagrindai su tuščiavidurėmis struktūromis ir daugiasluoksnėmis sujungimo galimybėmis palaipsniui tampa svarbiais aukštos kokybės- pakuočių nešėjais. Šio tipo technologijoje kaip šerdis naudojama bendrai kūrenama keramika,{6}}taip pat galima prijungti didelio-tankio laidus ir hermetiškai uždaryti pakuotę, be to, ji plačiai naudojama didelio-patikimumo elektroninėse sistemose.

 

1. HTCC (aukštos-temperatūros bendra{2}}kaitinama keramika)

HTCC naudoja aukštos -lydymosi- temperatūros metalo pastas (tokias kaip volframas ir molibdenas) ir keramines medžiagas, bendrai deginamas aukštesnėje nei 1500 laipsnių temperatūroje, kad sudarytų vientisą struktūrą. Jis turi puikų mechaninį stiprumą ir atsparumą aukštai{5}}temperatūrai, todėl tinka elektroninėms pakuotėms ekstremaliose aplinkose.

 

Ši technologija plačiai naudojama kariniuose, aviacijos ir didelės galios{0}}moduliuose ir yra tipiškas metalizuoto keraminio korpuso galios puslaidininkiams sprendimas. Tačiau jo gamybos sąnaudos yra didelės, o laidumas yra palyginti ribotas, todėl jis netinkamas didelio-dažnio tikslumo grandinėms.

 

2. LTCC (žemoje-temperatūros ko{2}}deginama keramika)

LTCC naudoja žemoje{0}}temperatūros sukepinimo medžiagų sistemą (<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.

 

5G ryšių, radarų sistemose ir aukšto dažnio moduliuose LTCC tapo vienu iš pagrindinių sprendimų, plačiai naudojamų elektroninėms reikmėms skirtoje aliuminio oksido metalizuotoje keramikoje. Jo trūkumas yra tas, kad jo mechaninis stiprumas ir šilumos laidumas yra šiek tiek mažesni nei HTCC sistemų.

 

 

Taikymo požiūriu skirtingi metalizavimo procesai turi savo privalumų:

 

DPC: didelio tikslumo, miniatiūrinė pakuotė → Mikroelektronika, LED

DBC: didelis šilumos laidumas, didelė srovė → Maitinimo moduliai, IGBT

AMB: didelis patikimumas, aukšta{0}}temperatūra → Naujos energijos transporto priemonės, SiC/GaN įrenginiai

HTCC: Didelis stiprumas, atsparumas aukštai temperatūrai → Karinė ir ekstremali aplinka

LTCC: aukštas dažnis, didelė integracija → Ryšys ir{0}}didelės spartos elektronika

 

Praktinėje inžinerijoje turi būti atliktas išsamus atrankos procesas, atsižvelgiant į šilumos laidumo reikalavimus, srovės stiprumą, pakuotės tankį ir kainą, kad būtų pasiektas optimalus veikimo suderinimas. Šios technologijos kartu sudaro pagrindinę metalizuotos keramikos elektrinių komponentų technologijų sistemą.

 

 

 

Ateityje keramikos metalizavimo technologijos plėtra bus orientuota į šias kryptis:

 

Didesnis šilumos laidumas (SiC/GaN įrenginiams)

Didesnis laidų tikslumas (mikronų{0}}lygis arba net nanometro-lygis)

Kelių{0}}medžiagų kompozitai (aukštos{1}}klasės keramika, pvz., AlN ir Si₃N₄)

Trijų-dimensijų integravimas ir sistemos-paketas- (SiP)

 

Kartu su aliuminio oksido metalizuota keramika susijusios tikslaus apdirbimo ir konstrukcijų optimizavimo galimybės taps itin svarbiu konkurenciniu pranašumu didinant produkto pridėtinę vertę.

 

 

Kaip profesionalus gamintojas, specializuojamės tiksliai apdirbant aliuminio oksido keramikos dalis ir aukšto{0}}patikimumo metalizavimo sprendimus, įsipareigojame teikti klientams integruotą pagalbą nuo medžiagų parinkimo ir konstrukcijos projektavimo iki metalizavimo įgyvendinimo. Mūsų gaminiai apima metalizuotus keraminius izoliacinius vamzdžius,Keraminių dalių metalizavimas, didelio-tikslumo struktūriniai komponentai ir pritaikyti pakavimo substratai, plačiai naudojami naujos energijos, galios elektronikos ir aukščiausios{1}} įrangos srityse.

 

Išnaudodami savo brandžią procesų sistemą ir stabilias gamybos galimybes, galime pasiūlyti aliuminio oksido metalizuotą keramiką klijavimui ir įvairių tipų funkcinius keramikos komponentus, atitinkančius griežtus taikymo reikalavimus, padedančius klientams pasiekti didesnio našumo ir patikimumo sistemų integravimo sprendimus.