Нарастващото търсене на високо{0}}мощни електронни опаковки води до непрекъснато надграждане на керамичните субстрати и технологиите за метализиране.

Водени от бързото развитие на сектори като нови енергийни превозни средства, интелигентни мрежи, промишлени захранвания, AI сървъри и космическото пространство, силовите полупроводникови устройства се развиват към по-високи напрежения, по-високи токове, по-висока плътност на мощността и миниатюризация. Значителната топлина, генерирана по време на работа на устройството, поставя строги изисквания към възможностите за разсейване на топлината, структурната надеждност и дългосрочната -стабилност на опаковъчните материали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Като критични основополагащи материали, свързващи чипове, вериги и системи за управление на топлината, керамичните субстрати за електронни опаковки се очертаха като ключово решение в областта на високо-мощните опаковки на електронни устройства, благодарение на тяхната висока топлопроводимост, отлични изолационни свойства и стабилна механична стабилност.

 

Докато традиционните FR{1}}4 епоксидни-субстрати от стъклени влакна и метални-субстрати предлагат предимства по отношение на разходите, тяхната ограничена топлопроводимост и относително високи коефициенти на топлинно разширение (CTE) ги правят неподходящи за приложения с висока-температура и висока мощност. Обратно, керамичните материали притежават CTE, близък до този на полупроводниковите материали, и поддържат стабилна производителност в сложни среди; следователно те се използват широко в силови модули, светодиоди, IGBT, SiC устройства и системи за електрическо задвижване за нови енергийни превозни средства.

 

Понастоящем основните материали за керамични субстрати с висока -топлопроводимост- включват алуминиев оксид (Al₂O₃), силициев карбид (SiC), алуминиев нитрид (AlN) и силициев нитрид (Si3N₄). Сред тях алуминиевата керамика-, характеризираща се със зрели производствени процеси и ниски разходи-се откроява като един от най-широко използваните основни материали в електронните опаковки. Метализираната алуминиева керамика, произведена чрез усъвършенствани техники за обработка, предлага подобрена проводима свързаност, като по този начин отговаря на изискванията за монтаж на електронни компоненти и предаване на сигнала по веригата.

 

Тъй като производителността на захранващите устройства продължава да напредва, обработката на високо-чистите алуминиеви материали се измества към по-висока прецизност. Високо{2}}прецизните метализирани керамични компоненти от алуминиев оксид с висока чистота-произведени чрез прецизно формоване, синтероване и повърхностна метализация-позволяват структурни дизайни, предлагащи превъзходна изолация и надеждност, което ги прави идеални за взискателни електронни компоненти и индустриални приложения.

 

В сферата на мощните модули с висока{0}}производителност, керамиката от алуминиев нитрид (AlN) привлече значително внимание поради високата си топлопроводимост, ниска диелектрична константа и отлични електрически свойства. Тяхната топлопроводимост се влияе основно от фактори като дефекти на решетката, съдържание на кислород и процес на синтероване.

 

Чрез оптимизиране на състава на материалите и производствените процеси вътрешните дефекти могат да бъдат сведени до минимум и ефективността на термичното управление да се подобри, което прави тези материали все по-подходящи за приложения за високо-мощно електронно опаковане. Керамиката от силициев карбид (SiC) демонстрира значителен потенциал в екстремни работни среди поради своята висока якост, висока устойчивост на топлина и отлична топлопроводимост. Въпреки това, тяхната сложна структура на кристална решетка налага строги изисквания по отношение на чистотата на материала, условията на синтероване и микроструктурния контрол. Бъдещите подобрения-по-специално оптимизирането на структурата на зърната и намаляването на-свързаните с примеси дефекти-обещават допълнително да подобрят цялостната производителност на SiC керамичните субстрати.

 

През последните години керамиката от силициев нитрид (Si₃N₄) се очертава като ключова област за разработка на високо-надеждни захранващи модули. В сравнение с традиционните керамични материали, те предлагат превъзходна механична якост и издръжливост на счупване, като ефективно намаляват стреса, причинен от несъответствията на термичното разширение по време на термични цикли. Следователно метализираните керамични компоненти с висока-якост се използват все повече в инвертори за нови енергийни превозни средства, модули за захранване с високо-напрежение и електронни системи с висока-надеждност.

 

Керамичните материали по своята същност са изолационни; следователно, за да се улеснят електрическите връзки и монтирането на компоненти, трябва да се формира слой метална верига чрез повърхностна обработка-процес, известен като керамична метализация. Чрез създаването на стабилен, добре -залепен метален слой върху керамичната повърхност, технологията за метализация осигурява надеждна връзка между керамиката и метала, което я прави критичен процес в производството на електронни опаковки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Понастоящем процесите на зряла керамична метализация в индустрията включват мед с директно покритие (DPC), директно свързана мед (DBC), активно метално спояване (AMB), лазерно активирана метализация (LAM) и мед с дебел-слоен печат (TPC).

 

DPC процесът използва разпрашване, галванопластика и фотолитография за формиране на фини метални вериги; характеризира се с висока прецизност на веригата и отлични характеристики на свързване, което го прави подходящ за електронни опаковки с висока-плътност. Въпреки това, поради високите инвестиционни разходи за оборудване и ограниченията върху дебелината на медния слой, приложението му е концентрирано предимно в областта на прецизните електронни устройства.

 

DBC процесът постига свързване между медно фолио и керамика чрез мед-кислородна евтектична реакция, предлагайки предимства като зрялост на процеса и висока-носеща способност. Въпреки че се използва широко в опаковките на захранващи модули, разликата в коефициентите на термично разширение между мед и керамика може да доведе до термичен стрес по време на дългосрочни-термични цикли, което налага допълнителни подобрения в надеждността.

 

Процесът AMB използва активен метален припой за подобряване на връзката между керамичния и медния слой, демонстрирайки отлична стабилност при висока-температура, висока-мощност. С разработването на 800V платформи с високо-напрежение за нови енергийни превозни средства, AMB-Si₃N₄ керамичните субстрати все повече се превръщат в предпочитан избор за високо-модули за захранване. Компонентите за-приложения с високо напрежение-като керамични корпуси за HVDC контактори-налагат все по-строги изисквания към изолационните възможности, механичната якост и устойчивостта на топлина на керамичните материали.

 

В допълнение към традиционните методи за метализиране, новите лазерно-технологии за метализиране привличат внимание. Този процес използва лазери за модифициране на керамичната повърхност, позволявайки селективно отлагане на метал за формиране на вериги; той предлага предимства като висока прецизност на обработка и гъвкавост на дизайна. Технологията за керамична метализация е готова да разшири обхвата си на приложение в бъдещото производство на прецизни електронни структурни компоненти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водени от растежа на нови енергийни превозни средства, системи за съхранение на енергия и интелигентно енергийно оборудване, сценариите за приложение на метализирани керамични продукти непрекъснато се разширяват. Например метализираните керамични корпуси за силови полупроводници осигуряват стабилна среда за опаковане, повишавайки устойчивостта на устройствата към топлина и напрежение. По подобен начин метализираните керамични изолационни тръби се използват широко в изолационни конструкции с високо-напрежение, като служат както за електрическа изолация, така и за механични поддържащи функции.

 

Тенденциите в индустрията показват, че керамичните субстрати за електронни опаковки ще се развиват към по-висока топлопроводимост, здравина и надеждност, заедно с по-голяма прецизност. От една страна, изследването на материалите допълнително ще оптимизира керамичните системи-като алуминиев оксид, алуминиев нитрид и силициев нитрид-за подобряване на възможностите за управление на топлината. От друга страна, процесите на метализация ще продължат да подобряват прецизността на веригата, здравината на свързване и производствената ефективност.

 

Подхранвани от бързото разрастване на нови енергийни превозни средства, промишлени системи за контрол, захранвания за центрове за данни и оборудване за съхранение на възобновяема енергия, прецизната метализирана керамика ще се превърне в жизненоважен компонент на модерните електронни опаковки. Оптимизирането на технологиите за свързване-към-метала, за да се осигурят високонадеждни връзки, ще помогне за посрещане на бъдещите изисквания за безопасност и стабилност в-мощните електронни устройства.

 

Гледайки напред, индустрията трябва да продължи да постига пробиви в ключови технологии-включително подготовката на керамика с висока-топлопроводимост-проводимост, синтероване с ниски-дефекти, високо-моделиране на вериги с висока{4}}прецизност и екологични-процеси на метализация. Напредващи продукти катометализирана алуминиева керамика за електрически компонентикъм по-висока производителност и по-широки области на приложение ще осигурят надеждните основополагащи материали, необходими за следващото{0}}поколение силови електронни системи.