Stigende efterspørgsel efter høj-elektronisk emballage driver løbende opgraderinger af keramiske substrater og metalliseringsteknologier.

Drevet af den hurtige udvikling af sektorer som nye energikøretøjer, smarte net, industrielle strømforsyninger, AI-servere og rumfart, udvikler strømhalvlederenheder sig mod højere spændinger, højere strømme, højere effekttætheder og miniaturisering. Den betydelige varme, der genereres under enhedens drift, stiller strenge krav til emballagematerialernes varmeafledningsevne, strukturelle pålidelighed og langtidsstabilitet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Som kritiske grundmaterialer, der forbinder chips, kredsløb og termiske styringssystemer, er keramiske substrater til elektronisk pakning dukket op som en nøgleløsning inden for høj-elektronisk enhedsemballage takket være deres høje termiske ledningsevne, fremragende isoleringsegenskaber og robuste mekaniske stabilitet.

 

Mens traditionelle FR-4 epoxy-glasfibersubstrater og metal-baserede substrater byder på omkostningsfordele, gør deres begrænsede termiske ledningsevne og relativt høje termiske udvidelseskoefficienter (CTE) dem uegnede til applikationer med høj-temperatur og høj effekt. I modsætning hertil har keramiske materialer en CTE, der er tæt afstemt med halvledermaterialers og opretholder en stabil ydeevne i komplekse miljøer; derfor er de meget udbredt i strømmoduler, LED'er, IGBT'er, SiC-enheder og elektriske drivsystemer til nye energikøretøjer.

 

I øjeblikket omfatter almindelige materialer til høj-termisk-ledningsevne keramiske substrater aluminiumoxid (Al₂O₃), siliciumcarbid (SiC), aluminiumnitrid (AlN) og siliciumnitrid (Si₃N₄). Blandt disse skiller aluminiumoxidkeramik-karakteriseret ved modne fremstillingsprocesser og lave omkostninger- sig ud som et af de mest udbredte basismaterialer i elektronisk emballage. Metalliseret aluminiumoxidkeramik, produceret via avancerede behandlingsteknikker, tilbyder forbedret ledende forbindelse og opfylder derved kravene til elektronisk komponentmontering og kredsløbssignaltransmission.

 

I takt med at ydeevnen af ​​kraftenheder fortsætter med at udvikle sig, skifter behandlingen af ​​høj-rene aluminiumoxidmaterialer mod højere præcision. Høj-renhed aluminiumoxid præcisionsmetalliserede keramiske komponenter-fremstillet gennem præcisionsformning, sintring og overflademetallisering- muliggør strukturelle designs, der tilbyder overlegen isolering og pålidelighed, hvilket gør dem ideelle til krævende elektroniske komponenter og industrielle applikationer.

 

Inden for højtydende effektmoduler har aluminiumnitrid (AlN) keramik fået stor opmærksomhed på grund af deres høje termiske ledningsevne, lave dielektriske konstant og fremragende elektriske egenskaber. Deres varmeledningsevne er primært påvirket af faktorer som gitterdefekter, iltindhold og sintringsprocessen.

 

Ved at optimere materialeformuleringer og fremstillingsarbejdsgange kan interne defekter minimeres og termisk styringseffektivitet forbedres, hvilket gør disse materialer i stigende grad egnede til høj-elektronisk emballeringsapplikationer. Siliciumcarbid (SiC) keramik viser et betydeligt potentiale i ekstreme driftsmiljøer på grund af deres høje styrke, høje varmebestandighed og fremragende varmeledningsevne. Imidlertid stiller deres komplekse krystalgitterstruktur strenge krav til materialerenhed, sintringsbetingelser og mikrostrukturel kontrol. Fremtidige fremskridt-specifikt optimering af kornstruktur og reduktion af urenheder-relaterede defekter-lover yderligere at forbedre den overordnede ydeevne af SiC-keramiske substrater.

 

I de seneste år er siliciumnitrid (Si₃N₄)-keramik dukket op som et nøgleudviklingsområde for høj-pålidelighedseffektmoduler. Sammenlignet med traditionelle keramiske materialer tilbyder de overlegen mekanisk styrke og brudsejhed, hvilket effektivt afbøder stress forårsaget af uoverensstemmelser mellem termisk ekspansion under termisk cykling. Som følge heraf bruges høj-metalliserede keramiske komponenter i stigende grad i invertere til nye energikøretøjer, høj-strømmoduler og høj-elektroniske systemer.

 

Keramiske materialer er i sagens natur isolerende; For at lette elektriske forbindelser og komponentmontering skal der derfor dannes et metalkredsløbslag via overfladebehandling-en proces kendt som keramisk metallisering. Ved at skabe et stabilt, godt-bundet metallag på den keramiske overflade, sikrer metalliseringsteknologi en pålidelig forbindelse mellem keramikken og metallet, hvilket gør det til en kritisk proces i fremstilling af elektronisk emballage.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I øjeblikket omfatter modne keramiske metalliseringsprocesser i industrien Direct Plated Copper (DPC), Direct Bonded Copper (DBC), Active Metal Brazing (AMB), Laser Activated Metallization (LAM) og Thick-Film Printed Copper (TPC).

 

DPC-processen anvender sputtering, galvanisering og fotolitografi til at danne fine metalkredsløb; den er kendetegnet ved høj kredsløbspræcision og fremragende bindingsydelse, hvilket gør den velegnet til elektronisk emballage med høj-densitet. På grund af høje udstyrsinvesteringsomkostninger og begrænsninger i kobberlagtykkelsen er dets anvendelse primært koncentreret inden for præcisions elektroniske enheder.

 

DBC-processen opnår binding mellem kobberfolie og keramik gennem en eutektisk kobber-iltreaktion, hvilket giver fordele såsom procesmodenhed og høj bæreevne-. Selvom det er meget udbredt i strømmodulpakning, kan forskellen i termiske udvidelseskoefficienter mellem kobber og keramik føre til termisk stress under langvarig termisk cykling, hvilket nødvendiggør yderligere forbedringer i pålidelighed.

 

AMB-processen bruger aktivt metalloddemiddel til at forbedre bindingen mellem keramikken og kobberlaget, hvilket viser fremragende stabilitet i miljøer med høj-temperatur og høj-effekt. Med udviklingen af ​​800V højspændingsplatforme til nye energikøretøjer er AMB-Si₃N₄ keramiske substrater i stigende grad blevet et foretrukket valg til høj-effektmoduler. Komponenter til højspændingsapplikationer-såsom keramiske kabinetter til HVDC-kontaktorer-stiller stadig strengere krav til keramiske materialers isoleringsevner, mekanisk styrke og varmebestandighed.

 

Ud over traditionelle metalliseringsmetoder vinder nye laser-assisterede metalliseringsteknologier opmærksomhed. Denne proces bruger lasere til at modificere den keramiske overflade, hvilket muliggør selektiv aflejring af metal for at danne kredsløb; det giver fordele såsom høj behandlingspræcision og designfleksibilitet. Keramisk metalliseringsteknologi er klar til at udvide dens anvendelsesområde i den fremtidige fremstilling af præcisions elektroniske strukturelle komponenter.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Drevet af væksten af ​​nye energikøretøjer, energilagringssystemer og smart power-udstyr udvides anvendelsesscenariet for metalliserede keramiske produkter løbende. For eksempel giver metalliserede keramiske huse til effekthalvledere et stabilt emballagemiljø, hvilket forbedrer enhedernes varme- og spændingsmodstand. Tilsvarende anvendes metalliserede keramiske isoleringsrør i vid udstrækning i højspændingsisoleringsstrukturer, der tjener både elektrisk isolering og mekaniske støttefunktioner.

 

Industrieltrends indikerer, at keramiske substrater til elektronisk emballage vil udvikle sig i retning af højere termisk ledningsevne, styrke og pålidelighed sammen med større præcision. På den ene side vil materialeforskning yderligere optimere keramiske systemer-såsom aluminiumoxid, aluminiumnitrid og siliciumnitrid-for at forbedre den termiske styringskapacitet. På den anden side vil metalliseringsprocesser fortsætte med at forbedre kredsløbspræcision, bindingsstyrke og produktionseffektivitet.

 

På grund af den hurtige udvidelse af nye energikøretøjer, industrielle kontrolsystemer, strømforsyninger til datacentre og lagringsudstyr til vedvarende energi, vil præcisionsmetalliseret keramik blive en vital komponent i avanceret elektronisk emballage. Optimering af keramiske-til-metalbindingsteknologier for at sikre yderst pålidelige forbindelser vil hjælpe med at opfylde de fremtidige krav til sikkerhed og stabilitet i høj-elektroniske enheder.

 

Når man ser fremad, skal industrien fortsætte med at opnå gennembrud inden for nøgleteknologier-herunder fremstilling af høj-termisk-ledningsevne, sintring med lav-defekt, høj-præcisionskredsløbsmønstre og miljøvenlige metalliseringsprocesser.- Fremme produkter som f.eksmetalliseret aluminiumoxidkeramik til elektriske komponenteri retning af højere ydeevne og bredere anvendelsesområder vil give de pålidelige grundlæggende materialer, der er nødvendige for næste-generations kraftelektroniksystemer.