Pregled glavnih procesa metalizacije i primjene keramičkih rashladnih podloga

Kako elektronska tehnologija napreduje ka većoj gustini snage, višoj frekvenciji i minijaturizaciji, upravljanje toplotom je postalo ključni faktor koji ograničava performanse i pouzdanost sistema. Keramičke podloge, sa svojom odličnom toplotnom provodljivošću, električnom izolacijom, visoko-otpornošću na temperaturu i odgovarajućim karakteristikama termičkog širenja, postale su ključni nosioci energetskih poluprovodnika i vrhunske elektronske ambalaže-. Posebno uz podršku ključnih procesa kao što je metalizacija aluminijuma, keramički materijali se mogu transformisati iz izolacionog medija u visoko pouzdane električne interkonektivne strukture, igrajući osnovnu ulogu u modernim elektronskim sistemima.

 

Nakon sinterovanja, keramičke podloge moraju biti podvrgnute metalizaciji kako bi se napravio provodljivi sloj, koji omogućava električne veze između čipa i vanjskih kola. Trenutne glavne tehnologije mogu se podijeliti u dvije glavne kategorije: planarnu metalizaciju i trodimenzionalnu-ko-metalizaciju. Među njima, proces metalizacije aluminijumske keramike je uspostavio zrelu osnovu za primjenu u energetskoj elektronici, komunikacijskoj opremi i novim energetskim vozilima.

 

 

 

Planarne keramičke podloge tipično formiraju provodljive slojeve na dvodimenzionalnim površinama koristeći metode kao što su raspršivanje, isparavanje, galvanizacija ili hemijsko prevlačenje. Ovaj proces je zreo, isplativ-i pogodan za masovnu proizvodnju, što ga čini glavnim rješenjem u oblasti metalizirane keramike za električne primjene.

 

1. DPC (Directly Plated Ceramic) proces

DPC tehnologija, zasnovana na mikrofabrikaciji poluprovodnika, postiže visoko{0}}preciznu proizvodnju kola kroz raspršivanje slojeva sjemena, fotolitografski prijenos uzorka i zadebljanje galvanizacijom. Ova tehnologija može postići fine linije na nivou od 20-30 μm, nudeći izuzetno visoku rezoluciju uzorka i preciznost poravnanja. Istovremeno, koristi niskotemperaturne procese -efikasno izbjegavajući utjecaj toplinskog naprezanja na strukturu materijala.

 

DPC je posebno pogodan za aplikacije za visoko{0}}integracije, kao što su LED pakovanje, mikroelektronski uređaji i moduli za međusobno povezivanje-visoke gustine, i jedan je od ključnih tehnoloških puteva za postizanje precizne metalizirane keramike. Međutim, debljina metalnog sloja je ograničena, kontrola uniformnosti galvanizacije je izazovna, a visoki zahtjevi se postavljaju na stabilnost procesa.

 

2. DBC (direktna bakarna keramika) proces

DBC proces postiže metaluršku vezu između bakra i keramike kroz eutektičku reakciju na visokim temperaturama, što rezultira izuzetno visokom čvrstoćom vezivanja i odličnom toplotnom provodljivošću. Njegova debljina sloja bakra kreće se u širokom rasponu (120–700 μm), što zadovoljava zahtjeve prijenosa velike struje i čini ga jednim od najzrelijih rješenja za pakovanje energetskih uređaja.

 

Ova tehnologija se široko koristi u IGBT modulima, uređajima za napajanje i drugim poljima, što predstavlja tipičnu primjenu metalizirane aluminijske keramike za električne komponente. Međutim, njegova tačnost širine linije je relativno niska, a na pouzdanost mogu uticati mikropore na međufaznoj površini u uvjetima termičkog ciklusa, čime se ograničava njegova primjena u visoko{1}}preciznom pakiranju.

 

3. AMB (Active Metal Bonding) proces

AMB tehnologija uvodi lem koji sadrži aktivne elemente kao što je Ti kako bi se postigla jaka međufazna veza između keramike i metala pod srednjim do visokim temperaturama, efikasno ublažavajući probleme naprezanja uzrokovane neusklađenošću termičkog širenja. U poređenju sa tradicionalnim DBC, pokazuje superiornu pouzdanost pod visokim-ciklističkim uslovima visoke temperature.

 

Ovaj proces je pogodan za radna okruženja velike gustine snage i{{0}temperature, kao što su energetski moduli za nova energetska vozila i pakovanje poluvodičkih uređaja treće-generacije, i važan je pravac za razvoj-komponenti metalizirane keramike visoke čvrstoće. Međutim, ima visoke zahtjeve za procesno okruženje (vakuum ili zaštitna atmosfera) i materijalni sistem, što rezultira relativno visokim troškovima.

 

 

 

Kako strukture pakovanja evoluiraju ka trodimenzionalnoj integraciji, trodimenzionalne keramičke podloge sa šupljim strukturama i mogućnostima više-slojnih međusobnog povezivanja postepeno postaju važni nosioci za vrhunsko pakovanje-. Ova vrsta tehnologije koristi zajedno{5}}pečenu keramiku kao jezgro, što omogućava ožičenje velike{6}}gustine i hermetički zatvoreno pakovanje, i široko se koristi u elektronskim sistemima visoke{7}}pouzdanosti.

 

1. HTCC (High{1}}Co-pečena keramika)

HTCC koristi metalne paste visoke{0}}tačke-(kao što su volfram i molibden) i keramičke materijale -zapaljene na temperaturama iznad 1500 stepeni kako bi se formirala integralna struktura. Ima odličnu mehaničku čvrstoću i otpornost na visoku{5} temperaturu, što ga čini pogodnim za elektronsko pakovanje u ekstremnim okruženjima.

 

Ova tehnologija se široko koristi u vojnim, svemirskim i{0}}modulima velike snage i tipično je metalizirano keramičko kućište za Power Semiconductors rješenje. Međutim, troškovi njegove proizvodnje su visoki, a provodljivost relativno ograničena, što ga čini neprikladnim za visoko{2}}precizna kola visoke frekvencije.

 

2. LTCC (Nisko{1}}ko-pečena keramika)

LTCC koristi sistem materijala za sinteriranje na niskoj-temperaturi (<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.

 

U 5G komunikacijama, radarskim sistemima i visoko-modulima, LTCC je postao jedno od glavnih rješenja, koje se široko koristi u metaliziranoj keramici od glinice za elektronske aplikacije. Njegov nedostatak je što su njegova mehanička čvrstoća i toplotna provodljivost nešto niže od onih kod HTCC sistema.

 

 

Iz perspektive primjene, svaki različiti procesi metalizacije imaju svoje prednosti:

 

DPC: Visoka preciznost, minijaturno pakovanje → Mikroelektronika, LED

DBC: Visoka toplotna provodljivost, velika struja → Moduli napajanja, IGBT

AMB: Visoka pouzdanost, visoko-cikliranje na visokim temperaturama → Nova energetska vozila, SiC/GaN uređaji

HTCC: Visoka čvrstoća, otpornost na visoke temperature → Vojna i ekstremna okruženja

LTCC: Visoka frekvencija, visoka integracija → Komunikacija i-brza elektronika

 

U praktičnom inženjeringu, mora se provesti sveobuhvatan proces odabira, uzimajući u obzir zahtjeve za toplinsku provodljivost, nazivnu struju, gustinu pakovanja i cijenu, kako bi se postiglo optimalno usklađivanje performansi. Ove tehnologije zajedno čine osnovni tehnološki sistem metalizirane keramike za električne komponente.

 

 

 

Budući razvoj tehnologije metalizacije keramike će se fokusirati na sljedeće pravce:

 

Veća toplotna provodljivost (za SiC/GaN uređaje)

Veća preciznost ožičenja (mikronski-nivo ili čak nanometarski{1}}nivo)

Kompoziti od više-materijala (visoka-keramika kao što su AlN i Si₃N₄)

Tro-trodimenzionalna integracija i sistem-u-pakovanju (SiP)

 

Istovremeno, mogućnosti precizne obrade i optimizacije strukture u vezi sa metaliziranom keramikom od glinice postat će ključna konkurentska prednost u povećanju dodane vrijednosti proizvoda.

 

 

Kao profesionalni proizvođač, specijalizovani smo za preciznu mašinsku obradu delova od glinice i visoko{0}}pouzdanih rešenja za metalizaciju, posvećeni pružanju integrisane podrške kupcima od odabira materijala i konstrukcijskog dizajna do implementacije metalizacije. Naši proizvodi obuhvataju metalizirane keramičke izolacijske cijevi,Metaliziranje keramičkih dijelova, visoko{0}}precizne strukturne komponente i prilagođene podloge za pakovanje, koje se široko koriste u novoj energiji, energetskoj elektronici i-opremi vrhunske opreme.

 

Koristeći naš zreli procesni sistem i stabilne proizvodne mogućnosti, možemo obezbijediti metaliziranu keramiku od glinice za lijepljenje i različite vrste funkcionalnih keramičkih komponenti koje ispunjavaju stroge zahtjeve primjene, pomažući kupcima da postignu bolje performanse i veću pouzdanost rješenja za integraciju sistema.