Kasvav nõudlus suure võimsusega{0}}elektrooniliste pakendite järele põhjustab keraamiliste substraatide ja metallistamistehnoloogiate pidevat uuendamist.

Ajendatuna selliste sektorite kiirest arengust nagu uued energiasõidukid, arukad võrgud, tööstuslikud toiteallikad, AI-serverid ja kosmosetööstus, arenevad toitepooljuhtseadmed kõrgemate pingete, suuremate voolude, suurema võimsustiheduse ja miniaturiseerimise suunas. Seadme töö käigus tekkiv märkimisväärne soojus seab pakkematerjalide soojuseraldusvõimele, konstruktsiooni usaldusväärsusele ja pikaajalisele stabiilsusele ranged nõuded.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kiipe, vooluahelaid ja soojusjuhtimissüsteeme ühendavate kriitiliste alusmaterjalidena on elektroonikapakendite keraamilised aluspinnad tänu nende suurele soojusjuhtivusele, suurepärastele isolatsiooniomadustele ja tugevale mehaanilisele stabiilsusele muutunud suure võimsusega{0}}elektroonikaseadmete pakendite võtmelahenduseks.

 

Kuigi traditsioonilised FR-4 epoksü-klaaskiust aluspinnad ja metall-põhised aluspinnad pakuvad kulueeliseid, ei sobi nende piiratud soojusjuhtivus ja suhteliselt kõrge soojuspaisumistegur (CTE) need kõrgel-temperatuuril ja suure võimsusega rakendusteks. Seevastu keraamilistel materjalidel on pooljuhtmaterjalide omaga tihedalt seotud CTE ja need säilitavad stabiilse jõudluse keerukates keskkondades; järelikult kasutatakse neid laialdaselt uute energiasõidukite toitemoodulites, LED-ides, IGBT-des, SiC-seadmetes ja elektriajamite süsteemides.

 

Praegu on kõrge -soojusjuhtivusega- keraamiliste substraatide peamised materjalid alumiiniumoksiid (Al₂O3), ränikarbiid (SiC), alumiiniumnitriid (AlN) ja räninitriid (Si₃N4). Nende hulgas on alumiiniumoksiidkeraamika,-mida iseloomustavad väljakujunenud tootmisprotsessid ja madalad kulud-, kui üks elektroonikapakendite kõige laialdasemalt kasutatavaid alusmaterjale. Täiustatud töötlemistehnikate abil toodetud metalliseeritud alumiiniumoksiidi keraamika pakub paremat juhtivat ühenduvust, mis vastab elektrooniliste komponentide paigaldamise ja vooluahela signaali edastamise nõuetele.

 

Kuna toiteseadmete jõudlus areneb jätkuvalt, liigub kõrge puhtusastmega -alumiiniumoksiidi materjalide töötlemine suurema täpsuse poole. Kõrge -puhtusastmega alumiiniumoksiidi täppismetalliseeritud keraamilised komponendid-, mis on valmistatud täppisvormimise, paagutamise ja pinna metalleerimisega,-võimaldavad konstruktsioonilahendusi, mis pakuvad suurepärast isolatsiooni ja töökindlust, muutes need ideaalseks nõudlike elektroonikakomponentide ja tööstuslike rakenduste jaoks.

 

Suure jõudlusega{0}}toitemoodulite valdkonnas on alumiiniumnitriid (AlN) keraamika pälvinud märkimisväärset tähelepanu tänu oma kõrgele soojusjuhtivusele, madalale dielektrilisele konstandile ja suurepärastele elektrilistele omadustele. Nende soojusjuhtivust mõjutavad eelkõige sellised tegurid nagu võre defektid, hapnikusisaldus ja paagutamisprotsess.

 

Materjalide koostist ja tootmisprotsesse optimeerides saab sisemisi defekte minimeerida ja soojusjuhtimise tõhusust suurendada, muutes need materjalid üha sobivamaks suure võimsusega -elektrooniliste pakkimisrakenduste jaoks. Ränikarbiidist (SiC) keraamika oma suure tugevuse, kõrge kuumakindluse ja suurepärase soojusjuhtivuse tõttu omab märkimisväärset potentsiaali äärmuslikes töökeskkondades. Kuid nende keeruline kristallvõre struktuur seab ranged nõuded materjali puhtuse, paagutamistingimuste ja mikrostruktuuri kontrolli suhtes. Tulevased edusammud -eelkõige terastruktuuri optimeerimine ja lisanditega-seotud defektide- vähendamine tõotavad veelgi parandada ränikarbiidi keraamiliste substraatide üldist jõudlust.

 

Viimastel aastatel on räninitriid (Si₃N₄) keraamika kujunenud suure{0}}usaldusväärsete toitemoodulite peamiseks arendusvaldkonnaks. Võrreldes traditsiooniliste keraamiliste materjalidega pakuvad need paremat mehaanilist tugevust ja purunemiskindlust, vähendades tõhusalt soojuspaisumise ebakõladest põhjustatud stressi termilise tsükli ajal. Järelikult kasutatakse ülitugevaid metalliseeritud keraamilisi komponente üha enam uute energiasõidukite inverterites, kõrge-pinge toitemoodulites ja suure töökindlusega elektroonikasüsteemides.

 

Keraamilised materjalid on oma olemuselt isoleerivad; seetõttu tuleb elektriühenduste ja komponentide paigaldamise hõlbustamiseks moodustada metallahela kiht pinnatöötlusega-, mida nimetatakse keraamiliseks metalliseerimiseks. Luues keraamilisele pinnale stabiilse, hästi{2}}liimitud metallikihi, tagab metalliseerimistehnoloogia usaldusväärse ühenduse keraamika ja metalli vahel, muutes selle elektroonikapakendite valmistamisel kriitiliseks protsessiks.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Praegu hõlmavad tööstuses kasutatavad küpsed keraamilised metallistamisprotsessid otseplaaditud vaske (DPC), otseliimitud vaske (DBC), aktiivmetalli jootmist (AMB), laseraktiveeritud metalliseerimist (LAM) ja paksu{0}}kile trükitud vaske (TPC).

 

DPC-protsessis kasutatakse peente metallahelate moodustamiseks pihustamist, galvaniseerimist ja fotolitograafiat; seda iseloomustab suur vooluringi täpsus ja suurepärane liimimisvõime, mistõttu sobib see suure{0}tihedusega elektroonikapakendamiseks. Kõrgete seadmete investeerimiskulude ja vasekihi paksuse piirangute tõttu on selle kasutamine aga koondunud peamiselt elektroonikatäppisseadmete valdkonda.

 

DBC-protsess saavutab vaskfooliumi ja keraamika vahelise sideme vase{0}}hapniku eutektilise reaktsiooni kaudu, pakkudes selliseid eeliseid nagu protsessi küpsus ja suur koormus{1}}kandevõime. Kuigi seda kasutatakse laialdaselt toitemoodulite pakendites, võib vase ja keraamika soojuspaisumistegurite erinevus põhjustada pikaajalisel -termilisel tsüklil termilist pinget, mistõttu on vaja töökindlust veelgi parandada.

 

AMB-protsessis kasutatakse keraamilise ja vasekihi vahelise sideme tugevdamiseks aktiivset metalljoodet, mis näitab suurepärast stabiilsust kõrge{0}}temperatuuri ja suure võimsusega{1}}keskkondades. Uute energiasõidukite jaoks mõeldud 800 V kõrge- kõrgepingeplatvormide väljatöötamisega on AMB-Si₃N₄ keraamilised aluspinnad muutunud üha enam eelistatud valikuks suure jõudlusega toitemoodulite jaoks. Kõrgepingerakenduste-komponendid-, nagu HVDC-kontaktorite keraamilised korpused-, seavad järjest rangemad nõuded keraamiliste materjalide isolatsioonivõimele, mehaanilisele tugevusele ja kuumakindlusele.

 

Traditsiooniliste metallistamismeetodite kõrval koguvad tähelepanu uudsed laser{0}}toega metalliseerimistehnoloogiad. Selles protsessis kasutatakse keraamilise pinna modifitseerimiseks lasereid, võimaldades metalli selektiivset sadestamist vooluringide moodustamiseks; see pakub selliseid eeliseid nagu kõrge töötlemise täpsus ja disaini paindlikkus. Keraamilise metalliseerimise tehnoloogia on valmis laiendama oma rakendusala tulevikus täppiselektrooniliste konstruktsioonikomponentide tootmisel.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ajendatuna uute energiasõidukite, energiasalvestussüsteemide ja nutikate jõuseadmete kasvust, laienevad metalliseeritud keraamikatoodete kasutusstsenaariumid pidevalt. Näiteks võimsuspooljuhtide metalliseeritud keraamilised korpused pakuvad stabiilset pakkimiskeskkonda, suurendades seadmete soojus- ja pingekindlust. Samamoodi kasutatakse metalliseeritud keraamilisi isoleertorusid laialdaselt kõrge-pinge isolatsioonikonstruktsioonides, mis täidavad nii elektriisolatsiooni kui ka mehaanilisi tugifunktsioone.

 

Tööstusharu trendid näitavad, et elektroonikapakendite keraamilised aluspinnad arenevad kõrgema soojusjuhtivuse, tugevuse ja töökindluse suunas koos suurema täpsusega. Ühest küljest optimeerivad materjaliuuringud veelgi keraamilisi süsteeme, -nagu alumiiniumoksiid, alumiiniumnitriid ja räninitriid-, et parandada soojusjuhtimise võimalusi. Teisest küljest suurendavad metalliseerimisprotsessid jätkuvalt vooluahela täpsust, sidumistugevust ja tootmise efektiivsust.

 

Tänu uute energiasõidukite, tööstuslike juhtimissüsteemide, andmekeskuste toiteallikate ja taastuvenergia salvestusseadmete kiirele laienemisele saab täppismetallist keraamikast täiustatud elektroonikapakendite oluline komponent. Keraamika---metallide liimimistehnoloogiate optimeerimine väga töökindlate ühenduste tagamiseks aitab täita suure võimsusega elektroonikaseadmete tulevasi ohutuse ja stabiilsuse nõudeid.

 

Tulevikku vaadates peab tööstus jätkama läbimurde saavutamist võtmetehnoloogiates,{0}}sealhulgas kõrge-soojusjuhtivusega-keraamika valmistamine, madala-defektiga paagutamine, ülitäpne vooluahela muster- ja keskkonnasõbralikud metallimisprotsessid. Edendavad tooted nagumetalliseeritud alumiiniumoksiidi keraamika elektriliste komponentide jaoksSuurema jõudluse ja laiemate rakendusvaldkondade suunas pakuvad usaldusväärsed alusmaterjalid, mida on vaja järgmise{0}}põlvkonna elektrielektroonikasüsteemide jaoks.