Oversigt over almindelige metalliseringsprocesser og anvendelser af keramiske køleplader

Efterhånden som elektronisk teknologi udvikler sig mod højere effekttæthed, højere frekvens og miniaturisering, er termisk styring blevet en kernefaktor, der begrænser systemets ydeevne og pålidelighed. Keramiske substrater er med deres fremragende termiske ledningsevne, elektriske isolering, høje-temperaturmodstand og termiske ekspansionsmatchende egenskaber blevet afgørende bærere for effekthalvledere og high-elektronisk emballage. Især med støtte fra nøgleprocesser såsom metallisering af aluminium, kan keramiske materialer transformeres fra isolerende medier til yderst pålidelige elektriske sammenkoblingsstrukturer, hvilket spiller en grundlæggende rolle i moderne elektroniske systemer.

 

Efter sintring skal keramiske substrater gennemgå metallisering for at konstruere et ledende lag, der muliggør elektriske forbindelser mellem chippen og eksterne kredsløb. Nuværende mainstream-teknologier kan opdeles i to hovedkategorier: plan metallisering og tre-dimensionel sam-metallisering. Blandt disse har metalliseringen af ​​aluminiumkeramik-processen etableret et modent applikationsgrundlag inden for kraftelektronik, kommunikationsudstyr og nye energikøretøjer.

 

 

 

Plane keramiske substrater danner typisk ledende lag på to-dimensionelle overflader ved hjælp af metoder som sputtering, fordampning, galvanisering eller kemisk plettering. Denne proces er moden, omkostningseffektiv-og velegnet til masseproduktion, hvilket gør den til den almindelige løsning inden for metalliseret keramik til elektriske applikationer.

 

1. DPC-proces (Directly Plated Ceramic).

DPC-teknologi, baseret på halvledermikrofabrikation, opnår høj-kredsløbsfabrikation gennem sputtering af frølag, fotolitografisk mønsteroverførsel og galvaniseringsfortykkelse. Denne teknologi kan opnå fine linjer på 20-30 μm niveauet, hvilket giver ekstremt høj mønsteropløsning og justeringsnøjagtighed. Samtidig anvender den lav-temperaturprocesser, hvilket effektivt undgår påvirkningen af ​​termisk belastning på materialestrukturen.

 

DPC er særligt velegnet til høj-integrations-emballageapplikationer, såsom LED-emballage, mikroelektroniske enheder og høj-tæthed sammenkoblingsmoduler, og er en af ​​de vigtigste teknologiske veje til at opnå Precision Metallized Ceramics. Dets metallagstykkelse er dog begrænset, regulering af galvaniseringsensartethed er udfordrende, og der stilles høje krav til processtabilitet.

 

2. DBC (Direct Copper Ceramic) proces

DBC-processen opnår en metallurgisk binding mellem kobber og keramik gennem en eutektisk reaktion ved høje temperaturer, hvilket resulterer i ekstrem høj bindingsstyrke og fremragende varmeledningsevne. Dens kobberlags tykkelse spænder vidt (120-700 μm), hvilket opfylder kravene til højstrømstransmission og gør den til en af ​​de mest modne løsninger til emballering af kraftenheder.

 

Denne teknologi er meget udbredt i IGBT-moduler, strømforsyningsenheder og andre områder, der repræsenterer en typisk anvendelse af metalliseret aluminiumoxidkeramik til elektriske komponenter. Dens linjebredde-nøjagtighed er imidlertid relativt lav, og pålideligheden kan blive påvirket af grænseflademikroporer under termiske cykliske forhold, hvilket begrænser dets anvendelse i høj-præcisionsemballage.

 

3. AMB-proces (Active Metal Bonding).

AMB-teknologi introducerer loddemidler, der indeholder aktive elementer såsom Ti for at opnå en stærk grænsefladebinding mellem keramik og metal under middel til høje temperaturer, hvilket effektivt afbøder stressproblemer forårsaget af termisk ekspansionsmismatch. Sammenlignet med traditionel DBC udviser den overlegen pålidelighed under høje-temperaturcykler.

 

Denne proces er velegnet til driftsmiljøer med høj strømtæthed og høj-temperatur, såsom strømmoduler til nye energikøretøjer og tredje-generations halvlederenhedsemballage, og er en vigtig retning for udviklingen af ​​høj-metalliserede keramiske komponenter. Det har dog høje krav til procesmiljøet (vakuum eller beskyttende atmosfære) og materialesystemet, hvilket resulterer i relativt høje omkostninger.

 

 

 

Efterhånden som emballagestrukturer udvikler sig i retning af tre-dimensionel integration, bliver tre-dimensionelle keramiske substrater med hulrumsstrukturer og multi--sammenkoblingsevner gradvist vigtige bærere for high-emballering. Denne type teknologi bruger co-keramik som kernen, hvilket muliggør ledninger med høj-densitet og hermetisk forseglet emballage, og den bruges i vid udstrækning i høj-elektroniske systemer.

 

1. HTCC (høj-ko-varmefyret keramik)

HTCC bruger høj-smeltepunkt-metalpastaer (såsom wolfram og molybdæn) og keramiske materialer-sambrændt ved temperaturer over 1500 grader for at danne en integreret struktur. Den har fremragende mekanisk styrke og høj-temperaturbestandighed, hvilket gør den velegnet til elektronisk emballering i ekstreme miljøer.

 

Denne teknologi er meget udbredt i militær-, rumfarts- og høj-effektmoduler og er et typisk metalliseret keramisk hus til Power Semiconductors-løsninger. Dens fremstillingsomkostninger er imidlertid høje, og dens ledningsevne er relativt begrænset, hvilket gør den uegnet til højfrekvente præcisionskredsløb.

 

2. LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)

LTCC bruger et lav-temperatursintringsmaterialesystem (<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.

 

Inden for 5G-kommunikation, radarsystemer og højfrekvente-moduler er LTCC blevet en af ​​de almindelige løsninger, der er meget udbredt i aluminiumoxidmetalliseret keramik til elektroniske applikationer. Dens ulempe er, at dens mekaniske styrke og termiske ledningsevne er lidt lavere end HTCC-systemernes.

 

 

Fra et anvendelsesperspektiv har forskellige metalliseringsprocesser hver deres fordele:

 

DPC: Høj præcision, miniaturiseret emballage → Mikroelektronik, LED

DBC: Høj varmeledningsevne, høj strøm → Strømmoduler, IGBT'er

AMB: Høj pålidelighed, høj-temperaturcykling → Nye energikøretøjer, SiC/GaN-enheder

HTCC: Høj styrke, høj temperaturbestandighed → Militære og ekstreme miljøer

LTCC: Højfrekvens, høj integration → Kommunikation og høj-elektronik

 

Inden for praktisk ingeniørarbejde skal der udføres en omfattende udvælgelsesproces under hensyntagen til kravene til termisk ledningsevne, strømstyrke, pakkedensitet og omkostninger for at opnå optimal ydelsesmatchning. Disse teknologier udgør tilsammen kerneteknologien i metaliseret keramik til elektriske komponenter.

 

 

 

Den fremtidige udvikling af keramisk metalliseringsteknologi vil fokusere på følgende retninger:

 

Højere termisk ledningsevne (for SiC/GaN-enheder)

Højere ledningsnøjagtighed (mikron-niveau eller endda nanometer-niveau)

Multi-materialekompositter (høj-keramik som AlN og Si₃N₄)

Tre-dimensionel integration og system-i-pakke (SiP)

 

Samtidig vil præcisionsbearbejdning og strukturelle optimeringsevner relateret til aluminiumoxidmetalliseret keramik blive en afgørende konkurrencefordel i at øge produktmerværdien.

 

 

Som en professionel producent specialiserer vi os i præcisionsbearbejdning af aluminiumoxid-keramiske dele og høj-pålidelige metalliseringsløsninger, forpligtet til at give kunderne integreret support fra materialevalg og strukturelt design til implementering af metallisering. Vores produkter omfatter metalliserede keramiske isoleringsrør,Metalisering af keramiske dele, strukturelle komponenter med høj-præcision og tilpassede emballagesubstrater, der i vid udstrækning anvendes inden for områderne ny energi, kraftelektronik og avanceret udstyr.

 

Ved at udnytte vores modne processystem og stabile produktionskapaciteter kan vi levere aluminiumoxid-metalliseret keramik til limning og forskellige typer af funktionelle keramiske komponenter, der opfylder strenge applikationskrav, og hjælper kunder med at opnå højere ydeevne og systemintegrationsløsninger med højere pålidelighed.