Kõrg-tugevad metalliseeritud keraamilised komponendid: tipptasemel{1}}elektroonikaseadmete peamised ühendsillad

See keraamiline metallist Näiteks toitepooljuhtmoodulites toimivad täppismetalliseeritud alumiiniumoksiidi keraamilised komponendid isoleerivate substraatidena, toetades ühelt poolt suure-tihedusega vooluringe ja teiselt poolt otse jootvaid jahutusradiaatoreid, isoleerides tõhusalt kõrgepinge, juhides samal ajal tõhusalt soojust. Elektroonilistes vaakumseadmetes (nagu liikuvad lainetorud ja magnetronid) kasutatakse metalliseeritud keraamilisi isoleertorusid plii tihendamiseks, mis tagab sisemise kõrgvaakumkeskkonna pikaajalise stabiilsuse ja säilitab õhutiheduse isegi sadade Celsiuse kraadide juures.

Tänu ainulaadsele kõikehõlmavale jõudlusele on elektrilise pooljuhtide metalliseeritud keraamilise korpuse kasutusala järk-järgult laienenud militaar- ja kosmosevaldkonnast tipptasemel-tsiviilvaldkondadele, nagu uued energiasõidukid, 5G-side, tööstuslaserid ja fotogalvaanilised inverterid. Elektrisõidukite IGBT-moodulites on alumiiniumoksiidist metallkeraamikast saanud peamine isolatsioonisubstraadi kulude ja jõudluse tasakaalu tõttu; samas kui suuremate soojuseraldusnõuetega rakendustes kasutatakse alumiiniumnitriidiga (AlN) metalliseeritud substraate, mille soojusjuhtivus on üle 170 W/m·K. Lisaks tagavad kõrgsageduslike-sideseadmete korpustes, andurite pakendikestes ja kõrge-pingekondensaatorites kõrge puhtusastmega alumiiniumoksiidi täpsed täiustatud keraamilised metalliseerimisosad tõhusalt signaali terviklikkuse ja konstruktsiooni usaldusväärsuse tänu oma väikesele dielektrilisele kadule ja suurele mehaanilisele tugevusele.

Praegused peamised metalliseerimistehnoloogiad hõlmavad molübdeen-mangaani (Mo-Mn) meetodit, otsest vase sidumist (DBC), otsest vasega katmist (DPC) ja aktiivmetalli jootmist (AMB). Nende hulgas sobib Mo-Mn-meetod suure-usaldusväärsete vaakumtihendusrakenduste jaoks ning see on traditsiooniline, kuid arenenud protsess; DBC seob vaskfooliumi otse keraamilise pinnaga kõrgel temperatuuril, muutes selle sobivaks suure voolutugevusega toitemoodulitele; DPC kasutab õhuke{6}kileprotsesse, et saavutada peened vooluringid, mis sobivad suure tihedusega ühenduste jaoks; ja AMB kasutab aktiivjooteid (nagu Ag-Cu-Ti), et saavutada madalatel temperatuuridel keraamika ja vase vaheline{10}}tugev ühendus, mis ühendab kõrge soojusjuhtivuse ja suure töökindluse. Erinevate protsesside valik sõltub rakenduse stsenaariumi kõikehõlmavatest nõuetest soojusjuhtivuse, voolutiheduse, vooluahela täpsuse ja maksumuse osas.

Väärib märkimist, et kõrgtugevate{0}}metallistatud keraamiliste komponentide jõudlus ei sõltu mitte ainult materjalisüsteemist, vaid ka alumiiniumoksiidi keraamiliste osade täppistöötluse tasemest. Substraadi tasasus, pinna karedus ja aukude täpsus mõjutavad otseselt järgneva metalliseerimise ja jootmise saagise ühtlust. Näiteks elektrikomponentide metalliseeritud alumiiniumoksiidi keraamika puhul võib mikroni-taseme paksuse tolerantsi reguleerimine vältida pingete koondumist termilise tsükli ajal ja pikendada seadme eluiga.

Hoolimata metalliseeritud keraamika olulistest eelistest elektrikomponentide jaoks, seisab selle tootmine siiski silmitsi väljakutsetega: esiteks on protsessid keerukad ja{0}}energiamahukad, eriti kõrgel temperatuuril{1}}paagutamise etapp, mis nõuab ranget seadmete ja atmosfääri kontrolli. Teiseks, kuigi berüllium-põhine keraamika (nagu BeO) pakub suurepärast soojusjuhtivust, kujutavad nad endast mürgisuse ohtu ja asendatakse järk-järgult AlN-ga. Kolmandaks, seadmete miniaturiseerimisega seatakse kõrgemad nõudmised täppismetalliseeritud keraamika joonelaiusele/vahekaugusele ja mitmekihilisele juhtmestikule.

Tulevikus keskendub jõupooljuhtide metalliseeritud keraamiliste korpuste väljatöötamine kolmele põhisuunale: esiteks madalal -temperatuuril kaas{1}}põletatud keraamika (LTCC) ja metallistamise integreerimise protsesside väljatöötamine energiatarbimise vähendamiseks; teiseks hapnikuvaba -vase, hõbeda ja muude kõrge juhtivusega metallide kasutamise edendamine DPC-des/AMB-des, et parandada elektrilist jõudlust; ja kolmandaks, ühilduvuse laiendamine kolmanda -põlvkonna pooljuhtmoodulite (SiC, GaN) jaoks, et vastata kõrgematele töötemperatuuri ja pinge nõuetele.

Keraamiliste{0}}--metallide ühenduste võtmetehnoloogiana liiguvad ülitugevad metalliseeritud keraamilised komponendid -kulissi-tagustest materjalidest tööstuse arengu esirinnas. Selle asendamatu roll elektrooniliste süsteemide töökindla töö tagamisel ekstreemsetes keskkondades jätkab materjaliteaduse ja tootmisprotsesside koostööl põhineva innovatsiooni edendamist.