Ülevaade keraamiliste jahutusradiaatorite põhilistest metallistamisprotsessidest ja rakendustest

Kuna elektroonikatehnoloogia areneb suurema võimsustiheduse, kõrgema sageduse ja miniaturiseerimise suunas, on soojusjuhtimisest saanud süsteemi jõudlust ja töökindlust piirav põhitegur. Suurepärase soojusjuhtivuse, elektriisolatsiooni, kõrge temperatuurikindluse ja soojuspaisumisomadustega keraamilistest aluspindadest on saanud võimsuse pooljuhtide ja kvaliteetsete elektroonikapakendite{2}}olulised kandjad. Eriti võtmeprotsesside, nagu alumiiniumi metalliseerimine, toel võivad keraamilised materjalid muutuda isolatsioonimaterjalidest väga töökindlateks elektrilisteks ühendusstruktuurideks, mis mängivad tänapäevastes elektroonikasüsteemides olulist rolli.

 

Pärast paagutamist peavad keraamilised aluspinnad läbima metalliseerimise, et moodustada juhtiv kiht, mis võimaldab elektriühendusi kiibi ja väliste vooluahelate vahel. Praegused peavoolutehnoloogiad võib jagada kahte põhikategooriasse: tasapinnaline metalliseerimine ja kolmemõõtmeline kaas{2}metalliseerimine. Nende hulgas on alumiiniumkeraamika metallistamise protsess loonud küpse rakendusaluse jõuelektroonikas, sideseadmetes ja uutes energiasõidukites.

 

 

 

Tasapinnalised keraamilised substraadid moodustavad tavaliselt kahe{0}}mõõtmelisele pinnale juhtivad kihid, kasutades selliseid meetodeid nagu pihustamine, aurustamine, galvaniseerimine või keemiline katmine. See protsess on küps, kulutõhus- ja sobib masstootmiseks, mistõttu on see elektriseadmete metallkeraamika valdkonnas peavoolulahendus.

 

1. DPC (Directly Plated Ceramic) protsess

DPC-tehnoloogia, mis põhineb pooljuhtide mikrotootmisel, saavutab ahelate suure-täpsuse seemnekihtide pihustamise, fotolitograafilise mustri ülekandmise ja galvaniseerimise paksenemise kaudu. See tehnoloogia võimaldab saavutada peeneid jooni 20–30 μm tasemel, pakkudes äärmiselt kõrget mustri eraldusvõimet ja joondustäpsust. Samal ajal kasutab see madala temperatuuriga{5}}protsesse, vältides tõhusalt termilise stressi mõju materjali struktuurile.

 

DPC sobib eriti hästi{0}}integreeritud pakendamisrakenduste jaoks, nagu LED-pakendid, mikroelektroonilised seadmed ja suure-tihedusega ühendmoodulid, ning see on üks peamisi tehnoloogilisi teid täppismetalliseeritud keraamika saavutamisel. Selle metallikihi paksus on aga piiratud, galvaniseerimise ühtluse kontroll on keeruline ja protsessi stabiilsusele seatakse kõrged nõuded.

 

2. DBC (Direct Copper Ceramic) protsess

DBC protsessiga saavutatakse metallurgiline side vase ja keraamika vahel eutektilise reaktsiooni kaudu kõrgetel temperatuuridel, mille tulemuseks on äärmiselt kõrge sidetugevus ja suurepärane soojusjuhtivus. Selle vasekihi paksus on lai (120–700 μm), mis vastab suure voolu ülekande nõuetele ja teeb sellest ühe küpsema lahenduse toiteseadmete pakendamiseks.

 

Seda tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt IGBT-moodulites, toiteseadmetes ja muudes valdkondades, mis esindab elektrikomponentide metalliseeritud alumiiniumoksiidi keraamika tüüpilist rakendust. Selle joonelaiuse täpsus on aga suhteliselt madal ja töökindlust võivad mõjutada pindadevahelised mikropoorid termilise tsükli tingimustes, piirates seega selle kasutamist ülitäpsetes pakendites.

 

3. AMB (Active Metal Bonding) protsess

AMB-tehnoloogia tutvustab aktiivseid elemente, nagu Ti, sisaldavat joodist, et saavutada keraamika ja metalli vahel tugev liidese side keskmisel kuni kõrgel temperatuuril, leevendades tõhusalt soojuspaisumise mittevastavusest tingitud stressiprobleeme. Võrreldes traditsioonilise DBC-ga on see kõrgel{1}}temperatuuril töötavates tingimustes ülimalt töökindel.

 

See protsess sobib suure võimsustihedusega ja kõrge temperatuuriga{0}}töökeskkondades, nagu uute energiasõidukite toitemoodulid ja kolmanda-põlvkonna pooljuhtseadmete pakendid, ning on oluline suund kõrge -tugevate metalliseeritud keraamiliste komponentide väljatöötamisel. Sellel on aga kõrged nõuded protsessikeskkonnale (vaakum või kaitsekeskkond) ja materjalisüsteemile, mille tulemuseks on suhteliselt kõrged kulud.

 

 

 

Kuna pakendistruktuurid arenevad kolme{0}}mõõtmelise integratsiooni suunas, muutuvad kolme-õõnsuste struktuuride ja mitme-kihiliste ühendusvõimalustega keraamilised aluspinnad järk-järgult tipptasemel-pakendite oluliseks kandjaks. Seda tüüpi tehnoloogia kasutab südamikuna koos-põletatud keraamikat, mis võimaldab suure-tihedusega juhtmestikku ja hermeetiliselt suletud pakendit ning seda kasutatakse laialdaselt suure-kindlusega elektroonikasüsteemides.

 

1. HTCC (kõrg-temperatuuril kaas{2}}põletatud keraamika)

HTCC kasutab tervikliku struktuuri moodustamiseks kõrge{0}}sulamistemperatuuriga-metallipastasid (nt volfram ja molübdeen) ja keraamilisi materjale, mida põletatakse temperatuuril üle 1500 kraadi. Sellel on suurepärane mehaaniline tugevus ja kõrge{5}}temperatuurikindlus, mistõttu sobib see elektroonikapakendamiseks äärmuslikes keskkondades.

 

Seda tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt sõjalistes, lennunduses ja suure võimsusega{0}}moodulites ning see on tüüpiline metalliseeritud keraamiline korpus elektrienergia pooljuhtide jaoks. Kuid selle tootmiskulud on kõrged ja juhtivus suhteliselt piiratud, mistõttu see ei sobi kõrgsageduslike täppisahelate jaoks.

 

2. LTCC (madala-temperatuuriga kaas{2}}põletatud keraamika)

LTCC kasutab madalal{0}}temperatuuril paagutava materjali süsteemi (<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.

 

5G-sides, radarisüsteemides ja kõrgsagedusmoodulites on LTCC-st saanud üks peamisi lahendusi, mida kasutatakse laialdaselt elektroonikarakenduste alumiiniumoksiidiga metallkeraamikas. Selle puuduseks on see, et selle mehaaniline tugevus ja soojusjuhtivus on veidi madalamad kui HTCC süsteemidel.

 

 

Rakenduse seisukohast on erinevatel metallistamisprotsessidel oma eelised:

 

DPC: ülitäpne miniatuurne pakend → Mikroelektroonika, LED

DBC: kõrge soojusjuhtivus, suur vool → Toitemoodulid, IGBT-d

AMB: kõrge töökindlus, kõrgel{0}}temperatuuril töötamine → Uued energiasõidukid, SiC/GaN-seadmed

HTCC: kõrge tugevus, kõrge temperatuuritaluvus → sõjalised ja äärmuslikud keskkonnad

LTCC: kõrge sagedus, kõrge integratsioon → Side ja kiire{0}}elektroonika

 

Praktilises inseneritöös tuleb jõudluse optimaalse sobitamise saavutamiseks läbi viia põhjalik valikuprotsess, võttes arvesse soojusjuhtivuse nõudeid, voolutugevust, pakendi tihedust ja maksumust. Need tehnoloogiad moodustavad koos elektriliste komponentide metalliseeritud keraamika põhitehnoloogiasüsteemi.

 

 

 

Keraamilise metalliseerimise tehnoloogia edasine areng keskendub järgmistele suundadele:

 

Kõrgem soojusjuhtivus (SiC/GaN seadmete jaoks)

Suurem juhtmestiku täpsus (mikron{0}}tase või isegi nanomeetri-tase)

Mitmest materjalist{0}}komposiidid (kõrg-keraamika, nagu AlN ja Si₃N₄)

Kolme-dimensiooniline integreerimine ja süsteem-in-pakett (SiP)

 

Samal ajal muutuvad alumiiniumoksiidi metallkeraamikaga seotud täppistöötluse ja struktuuri optimeerimise võimalused oluliseks konkurentsieeliseks toote lisandväärtuse suurendamisel.

 

 

Professionaalse tootjana oleme spetsialiseerunud alumiiniumoksiidi keraamiliste osade täppistöötlemisele ja suure{0}} töökindlusega metalliseerimislahendustele, mis on pühendunud klientidele integreeritud tuge pakkumisele alates materjali valikust ja konstruktsioonikujundusest kuni metallistamise juurutamiseni. Meie tooted hõlmavad metalliseeritud keraamilisi isoleertorusid,Metaliseerivad keraamilised osad, -täpsed konstruktsioonikomponendid ja kohandatud pakendamisalused, mida kasutatakse laialdaselt uutes energia-, jõuelektroonikas ja tipp{1}}seadmete valdkonnas.

 

Kasutades oma küpset protsessisüsteemi ja stabiilseid tootmisvõimalusi, saame pakkuda liimimiseks alumiiniumoksiidi metallkeraamikat ja erinevat tüüpi funktsionaalseid keraamilisi komponente, mis vastavad rangetele rakendusnõuetele, aidates klientidel saavutada suurema jõudluse ja töökindlusega süsteemiintegratsioonilahendusi.