Преглед на масовите процеси на метализация и приложения на керамични радиаторни субстрати

Тъй като електронната технология напредва към по-висока плътност на мощността, по-висока честота и миниатюризация, термичното управление се превърна в основен фактор, ограничаващ производителността и надеждността на системата. Керамичните субстрати, с тяхната отлична топлопроводимост, електрическа изолация, висока-температурна устойчивост и съвпадащи характеристики на топлинно разширение, се превърнаха в решаващи носители за мощни полупроводници и електронни-опаковки от висок клас. Особено с подкрепата на ключови процеси като метализация на алуминия, керамичните материали могат да се трансформират от изолационни среди във високонадеждни електрически взаимосвързани структури, играещи основна роля в съвременните електронни системи.

 

След синтероване керамичните субстрати трябва да бъдат подложени на метализация, за да се изгради проводящ слой, позволяващ електрически връзки между чипа и външните вериги. Текущите масови технологии могат да бъдат разделени на две основни категории: планарна метализация и три-измерна ко-изпечена метализация. Сред тях процесът на метализиране на алуминиева керамика създаде зряла основа за приложение в силова електроника, комуникационно оборудване и нови енергийни превозни средства.

 

 

 

Равнинните керамични субстрати обикновено образуват проводящи слоеве върху дву-измерни повърхности, като използват методи като разпрашване, изпаряване, галванично или химическо покритие. Този процес е зрял, икономически-ефективен и подходящ за масово производство, което го прави основното решение в областта на метализираната керамика за електрически приложения.

 

1. Процес на DPC (директно покрита керамика).

Технологията DPC, базирана на полупроводникова микрофабрикация, постига високо{0}}прецизно производство на вериги чрез разпръскване на зародишни слоеве, фотолитографски трансфер на шаблони и удебеляване чрез галванопластика. Тази технология може да постигне фини линии на ниво 20–30 μm, предлагайки изключително висока разделителна способност и точност на подравняване. Едновременно с това той използва ниско-температурни процеси, като ефективно избягва въздействието на топлинния стрес върху структурата на материала.

 

DPC е особено подходящ за приложения за опаковане с висока{0}}интеграция, като LED опаковки, микроелектронни устройства и модули за свързване с висока-плътност, и е един от ключовите технологични пътища за постигане на прецизна метализирана керамика. Дебелината на неговия метален слой обаче е ограничена, контролът на еднородността на галванопластиката е предизвикателство и се поставят високи изисквания към стабилността на процеса.

 

2. Процес на DBC (директна медна керамика).

DBC процесът постига металургична връзка между мед и керамика чрез евтектична реакция при високи температури, което води до изключително висока якост на свързване и отлична топлопроводимост. Дебелината на неговия меден слой варира в широки граници (120–700 μm), отговаряйки на изискванията за високотоково предаване и го прави едно от най-зрелите решения за опаковане на захранващи устройства.

 

Тази технология се използва широко в IGBT модули, захранващи устройства и други области, представляващи типично приложение на метализирана алуминиева керамика за електрически компоненти. Неговата точност на широчината на линията обаче е сравнително ниска и надеждността може да бъде повлияна от междинни микропори при условия на термичен цикъл, като по този начин ограничава приложението му във високо-прецизни опаковки.

 

3. AMB (активно свързване на метали) процес

Технологията AMB въвежда припой, съдържащ активни елементи като Ti, за постигане на силна междинна връзка между керамика и метал при средни до високи температури, ефективно смекчавайки проблемите със стреса, причинени от несъответствие на топлинното разширение. В сравнение с традиционния DBC, той показва превъзходна надеждност при високи-температурни циклични условия.

 

Този процес е подходящ за работна среда с висока плътност на мощността и високи-температури, като захранващи модули за нови енергийни превозни средства и опаковки на полупроводникови устройства от трето-поколение, и е важна посока за разработването на високо-якостни метализирани керамични компоненти. Той обаче има високи изисквания към средата на процеса (вакуум или защитна атмосфера) и материалната система, което води до относително високи разходи.

 

 

 

Тъй като опаковъчните структури се развиват към три-интеграция, три-керамичните субстрати с кухини структури и възможности за много-слойно свързване постепенно се превръщат във важни носители за висок-клас опаковки. Този тип технология използва съ-изпечена керамика като ядро, което позволява висока-плътност на окабеляване и херметически затворени опаковки, и се използва широко в електронни системи с висока-надеждност.

 

1. HTCC (високотемпературна ко-изпечена керамика)

HTCC използва метални пасти с висока-точка-точка на топене (като волфрам и молибден) и керамични материали, ко-изпечени при температури над 1500 градуса, за да образуват цялостна структура. Има отлична механична якост и висока-температурна устойчивост, което го прави подходящ за електронни опаковки в екстремни среди.

 

Тази технология се използва широко във военни, космически и високо-мощни модули и е типично решение за корпус от метализирана керамика за мощни полупроводници. Производствените му разходи обаче са високи и неговата проводимост е относително ограничена, което го прави неподходящ за прецизни вериги с висока-честота.

 

2. LTCC (нискотемпературна ко-изпечена керамика)

LTCC използва ниско{0}}температурна система за синтероване на материали (<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.

 

В 5G комуникациите, радарните системи и високо-честотните модули LTCC се превърна в едно от основните решения, широко използвани в алуминиева метализирана керамика за електронни приложения. Недостатъкът му е, че неговата механична якост и топлопроводимост са малко по-ниски от тези на HTCC системите.

 

 

От гледна точка на приложението различните процеси на метализация имат своите предимства:

 

DPC: Висока прецизност, миниатюрна опаковка → Микроелектроника, LED

DBC: Висока топлопроводимост, висок ток → Силови модули, IGBT

AMB: Висока надеждност, високи{0}}температурни цикли → Нови енергийни превозни средства, SiC/GaN устройства

HTCC: Висока якост, устойчивост на висока температура → Военни и екстремни среди

LTCC: Висока честота, висока интеграция → Комуникация и високо{0}}скоростна електроника

 

В практическото инженерство трябва да се проведе цялостен процес на подбор, като се вземат предвид изискванията за топлопроводимост, номинален ток, плътност на опаковката и цена, за да се постигне оптимално съответствие на производителността. Тези технологии заедно съставляват основната технологична система на метализираната керамика за електрически компоненти.

 

 

 

Бъдещото развитие на технологията за керамична метализация ще се фокусира върху следните направления:

 

По-висока топлопроводимост (за SiC/GaN устройства)

По-висока прецизност на окабеляването (микрон-ниво или дори нанометрично-ниво)

Композитни-материали (керамика от висок{1}}клас като AlN и Si₃N₄)

Три{0}}интеграция и система-в-пакет (SiP)

 

Едновременно с това възможностите за прецизна обработка и структурна оптимизация, свързани с метализираната керамика с алуминиев оксид, ще се превърнат в решаващо конкурентно предимство за повишаване на добавената стойност на продукта.

 

 

Като професионален производител, ние сме специализирани в прецизната обработка на керамични части от алуминиев оксид и високо{0}}надеждни решения за метализация, ангажирани да предоставяме на клиентите интегрирана поддръжка от избор на материал и структурен дизайн до внедряване на метализация. Нашите продукти включват метализирани керамични изолационни тръби,Метализиране на керамични части, структурни компоненти с висока{0}}прецизност и персонализирани субстрати за опаковане, широко използвани в областта на новата енергия, силовата електроника и-оборудването от висок клас.

 

Възползвайки се от нашата зряла процесна система и стабилни производствени възможности, ние можем да предоставим метализирана керамика от алуминиев оксид за залепване и различни видове функционални керамични компоненти, които отговарят на строги изисквания за приложение, помагайки на клиентите да постигнат по-висока производителност и по-висока надеждност на решения за системна интеграция.