Trong lĩnh vực điện tử công suất, thiết bị chân không, bao bì bán dẫn và thiết bị năng lượng mới, công nghệ liên kết gốm sứ-với-kim loại là thành phần cốt lõi để đạt được khả năng đóng gói kín có độ tin cậy cao và quản lý nhiệt hiệu quả. Vì bản thân gốm sứ không thể hàn được nên một màng kim loại bền, dẫn điện và có thể hàn được phải được hình thành trên bề mặt của chúng thông qua quá trình kim loại hóa gốm. Khi các thiết bị phát triển theo hướng mật độ năng lượng cao hơn, tần số cao hơn và kích thước nhỏ hơn, nhu cầu cao hơn được đặt ra về độ bền liên kết bề mặt, độ ổn định nhiệt và tính đồng nhất vi mô của gốm kim loại, thúc đẩy sự phát triển liên tục của các quá trình kim loại hóa từ quá trình thiêu kết ở nhiệt độ-truyền thống cao đến nhiệt độ-thấp, thân thiện với môi trường và lắng đọng hơi vật lý có độ chính xác cao-.
So sánh kỹ thuật của các phương pháp kim loại hóa chính thống
Hiện nay, các phương pháp kim loại hóa gốm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp bao gồm mạ điện phân, mạ điện, mạ bạc/niken, thiêu kết Mo-Mn và công nghệ phủ chân không, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng:
Lớp mạ Ni{0}}P không dùng điện không cần nguồn điện bên ngoài và có thể tạo thành lớp phủ đồng nhất trên các bề mặt hình học phức tạp. Tuy nhiên, lớp màng và nền gốm chủ yếu bị hấp phụ vật lý nên độ bám dính yếu (thường là<3 MPa). Furthermore, the plating solution is expensive, and the treatment of phosphorus-containing wastewater is difficult, making it difficult to meet high reliability requirements.
Mặc dù mạ điện Ni có thể đạt được các lớp phủ-có ứng suất thấp nhưng nó cực kỳ nhạy cảm với độ sạch của quá trình tiền xử lý, dễ dẫn đến các khuyết tật như phồng rộp và rỗ. Hơn nữa, do ảnh hưởng của sự phân bố điện trường, các lỗ sâu hoặc vùng rãnh trong các thành phần gốm nhôm kim loại hóa chính xác thường có lớp mạ không đồng đều, dẫn đến hiệu suất mạ đồng đều kém.
Phương pháp Ag(Ni), bao gồm lớp phủ bùn sau đó giảm nhiệt độ-cao để tạo thành lớp kim loại, rất đơn giản và mang lại độ dẫn điện tốt. Tuy nhiên, lớp Ag dễ bị di chuyển ion dưới nhiệt độ cao, độ ẩm cao và điện trường một chiều dẫn đến hỏng lớp cách điện. Mặc dù lớp Ni có độ linh động thấp nhưng màng nhìn chung mỏng, không liên tục và thiếu khả năng chống ăn mòn.
The Mo-Mn sintering method, the most mature process, oxidizes Mn in an H₂-H₂O atmosphere and reacts it with the Al₂O₃ glass phase to form a manganese aluminum spinel transition layer, achieving high-strength bonding (>20 MPa). Tuy nhiên, nó đòi hỏi quá trình thiêu kết ở nhiệt độ-cao ở mức 1300–1500 độ, dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cao. Hơn nữa, các hạt thô của bột Mo{6}}Mn dẫn đến màng thô và không đồng đều, khiến nó không phù hợp để gia công các bộ phận gốm nhôm có độ chính xác cao-.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng kim loại hóa
1. Khả năng tương thích của vật liệu màng: Một hệ thống kim loại hóa lý tưởng phải cân bằng độ bám dính, độ dẫn điện và khả năng hàn. Cấu trúc hỗn hợp Ni-Cu/Ag, nhờ gradient CTE, khả năng tương thích hóa học và khả năng ngăn chặn sự khuếch tán Ag, đã trở thành giải pháp tiêu chuẩn cho các thiết bị có tần số-, công suất cao{4}}cao.
2. Tối ưu hóa độ dày màng: Quá mỏng (<0.5 μm) films cannot form a continuous film, resulting in insufficient adhesion; too thick (>Màng 3 μm) làm tăng ứng suất bên trong và giảm độ dẻo. Các thử nghiệm cho thấy lớp chuyển tiếp Ni-Cu đạt độ bám dính bề mặt cao nhất ở mức 1,0–1,5 μm.
3. Substrate Pretreatment and Cleanliness: Micropores and contaminants on the Al₂O₃ surface significantly weaken adhesion. Standard procedures include ultrasonic cleaning and plasma activation to ensure a surface energy >72 mN/m, cung cấp chất nền sạch và hoạt động cho quá trình phún xạ.
Kịch bản ứng dụng và xu hướng tương lai
Mô-đun điện tử công suất: Chất nền IGBT sử dụng các Bộ phận kim loại hóa gốm tiên tiến (HAMP) có độ tinh khiết cao Alumina để đạt được các kết nối điện trở nhiệt thấp thông qua quá trình kim loại hóa phún xạ.
Thiết bị điện tử chân không: Các bộ phận gốm kim loại hóa trong Ống sóng truyền động (TWT) và Magnetron yêu cầu độ kín cao; màng phún xạ dày đặc, không{0}}xốp tốt hơn các lớp thiêu kết xốp.
Thiết bị RF 5G: Hiệu ứng bề mặt đáng kể ở tần số cao đòi hỏi điện trở bề mặt điện cực cực thấp, khiến lớp Ag trên cùng là không thể thiếu.
Trong tương lai, ngành sẽ tập trung vào ba hướng chính: thứ nhất, phát triển các mục tiêu tổng hợp độ dốc mới (chẳng hạn như W-Ni-Fe) để phù hợp hơn nữa với CTE; thứ hai, kết hợp lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) để đạt được khả năng kiểm soát giao diện dưới{2} nanomet; và thứ ba, thúc đẩy thiết bị phún xạ cuộn-đến{4}}cuộn (R2R) để giảm chi phí sản xuất Gốm kim loại Alumina.
Phần kết luận
Từ quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao Mo-Mn-đến phún xạ hỗn hợp Ni-Cu/Ag, mọi bước tiến trong công nghệ Thành phần gốm kim loại hóa có độ bền cao- đều bắt nguồn từ việc theo đuổi các ranh giới hiệu suất cao hơn bao giờ hết. Với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị bán dẫn có vùng cấm-rộng như silicon cacbua và gali nitrit, gốm kim loại chính xác không còn chỉ là phương tiện kết nối mà còn là các công nghệ hỗ trợ chính xác định độ tin cậy cơ-điện{7}}nhiệt tổng thể của hệ thống. Chỉ bằng cách liên tục tối ưu hóa hệ thống vật liệu và cửa sổ quy trình, độ an toàn và tuổi thọ của các thiết bị cốt lõi mới có thể được bảo vệ trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt.
Liên hệ với chúng tôi
Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các nguyên tắc thiết kế màng, các dạng hư hỏng điển hình hoặc các cửa sổ tham số quy trình phún xạ củaGốm kim loại cho linh kiện điện, vui lòng liên hệ với chúng tôi. Chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn thông tin kỹ thuật chuyên nghiệp và tư vấn hỗ trợ kỹ thuật.
