Az „új négy modernizáció” tendencia hatására az új energetikai járművek elektronikus rendszereinek funkcionális sűrűsége folyamatosan növekszik, ami a félvezető chipek energiafogyasztásának megfelelő növekedéséhez vezet. A könnyű súlyozás és a magas integráció az ipari fejlődés fő témáivá válik, míg a hőleadás fokozatosan az egyik kulcsfontosságú szűk keresztmetszet, amely befolyásolja az elektronikai eszközök stabilitását és élettartamát.
Ebben az összefüggésben a kerámia anyagok magas hővezető képességükkel, szigetelésükkel és nagy megbízhatóságukkal fokozatosan előtérbe kerülnek, és mélyen integrálódnak a kerámia fémezési technológiájába, és az új energetikai járművek hőkezelési megoldásainak fontos alapanyagává válnak.
Kerámia anyagok: a hőelvezetést szolgáló maghordozó a teljesítményelektronikában
A kerámia a nagy hővezető képesség, az alacsony dielektromos veszteség, a jó szigetelés, a nagy hőállóság és a chiphez szorosan illeszkedő hőtágulási együttható kombinációja miatt az erősáramú eszközök fontos csomagolóanyagává vált. Ezek a tulajdonságok a fémezett kerámiát, a fémezett alumínium-oxidot és a fémezett timföldkerámiát fontos szerkezeti anyagokká teszik a jelenlegi nagy teljesítményű{1}}elektronikai eszközökben.
Ezek közül az alumínium-oxid kerámia alkatrészek, mint például az AlN és az Al2O3, stabil fizikai tulajdonságaik miatt széles körben használatosak az új energetikai járművek teljesítménymoduljaiban, LED-csomagolásaiban, relékében és teljesítménymoduljaiban. A kerámia- és fémrétegek közötti interfész-teljesítmény folyamatos javításával a fémezett kerámiák behatolási aránya az elektromos járművek hőleadásában tovább növekszik.
A fémezési technológia áttörést jelent a kerámia alkalmazásokban
Bár a kerámiák kiváló szigetelő- és hőtulajdonságokkal rendelkeznek, nem vezetnek. Az áramkör működőképességének eléréséhez kerámia fémezés szükséges. A fémes rétegnek nemcsak jó vezetőképességgel kell rendelkeznie, hanem szilárdan kell kötődnie a kerámiához, ellenállva az olyan összetett feltételeknek, mint a hőmérséklet-ciklus, a mechanikai igénybevétel és a hosszú távú töltéshordozás.
Az alapvető ok, amiért a kerámia és a fémek nehezen köthetők közvetlenül, a kémiai tulajdonságaik, hőtágulási együtthatóik és nedvesíthetőségük jelentős különbsége. Ezért a kerámia-fémré -konverziós folyamata jellemzően stabil interfész-struktúra felépítését igényli kohászati reakciók, interfész moduláció vagy vékony filmek fémezése révén.
Jelenleg a kerámia fémezés két fő kategóriába sorolható:
1. Szilárdtest{1}}kötésű fémezési technológiák
Ide tartozik a közvetlen rézkötés (DBC), a közvetlen alumíniumkötés és a vastag{0}}filmes módszerek. Ezek a módszerek közvetlen szilárdtest-kötést próbálnak elérni a kerámiák és a fémek között, de a kerámiával közvetlenül reakcióba lépő fémek száma korlátozott, és jellemzően zord körülményekre, például magas hőmérsékletre és vákuumra van szükség. A tényleges gyártás során gyakran további interfész kondicionáló anyagokra van szükség a stabil kötés eléréséhez.
2. Vékony-filmfémezés átmeneti rétegei
Porlasztással, párologtatással és elektromos bevonattal fémezett vékony filmek képződnek a kerámia felületén, hogy javítsák a nedvesíthetőséget és a felületi struktúrát, előkészítve a későbbi fémréteg-lerakódást és hegesztést. Ezt a fajta módszert széles körben használják fémezett kerámia alkatrészekben, fémezett alumínium-oxid kerámiákban és kerámiacsomagolásokban, és különösen alkalmas nagy-megbízhatóságú és precíziós elektronikus modulokhoz.
Tipikus kerámia fémezési technológiák elemzése
1. Vastag{1}}film fémezés (TPC)
A vastag{0}}film-technológia vezetőképes paszta szitanyomását és magas-hőmérsékletű szinterezését alkalmazza a film kialakításához. Az eljárás egyszerű, és számos fémezett kerámia anyaghoz alkalmazható. A huzal útját azonban korlátozza a drótháló pontossága, így alkalmas nagy-méretű, közepes teljesítményigényű eszközökhöz, de kevésbé alkalmas nagy-precíziós kerámiacsomagoláshoz vagy finom alumínium-oxid kerámia megmunkálásához.
2. Vékonyréteg fémezés (TFC)
A gőzfázisú leválasztási technikák, például a vákuumporlasztás és a párologtatás segítségével nagy-sűrűségű fémfilm képződik a kerámia felületén. Erős tapadású, jó fedőképességgel büszkélkedhet, és különféle fémanyagok fóliáinak lerakására használható. A vékonyréteg-fémezés különösen alkalmas nagy-sűrűségű integrált áramkörökhöz, precíziós ólomszerkezetekhez és nagy-megbízhatóságú fémezett kerámiákhoz, de költsége magas, ami későbbi finom eljárásokat, például fotolitográfiát és maratást igényel.
3. Közvetlen réz laminálás (DBC)
A DBC magában foglalja a rézfólia és a kerámia magas hőmérsékleten történő reagáltatását, hogy erős kötést hozzon létre, amely nagy hővezető képességű és erős tapadóképességű fémréteget hoz létre. Előnyei közé tartozik a jó hővezető képesség, az erős szigetelés és a kiváló mechanikai tulajdonságok, így széles körben használják teljesítménymodulokban és elektromos járművek hajtásrendszereiben. A viszonylag vastag rézfólia azonban korlátozza a későbbi kémiai maratás pontosságát, korlátozva az ultra-finom áramkörök gyártását.
4. Aktív fémforrasztás (AMB)
Az AMB nagy -szilárdságú kötést ér el a fémréteg és a kerámia között azáltal, hogy az aktív elemeket tartalmazó forraszanyagot a kerámiával reagáltatva nedvesíthető felületet képez. Ez a technológia hatékonyan kezeli a nagy-hőmérsékletű feszültséget, és az egyik fő fémezési módszer a közepes és -magas{5} teljesítményű modulok esetében, különösen alkalmas nagy hővezető képességű kerámiákhoz, például fémezett AlN szerkezetekhez.
5. Együtt{1}}tüzelés (HTCC/LTCC)
A HTCC és az LTCC integrált szerkezetet alkot, mivel több réteg kerámiát éget el a belső huzalozással, így a többrétegű kerámiacsomagolás fontos technológiája{1}}. A HTCC-alkalmazások száma csökken a magas hőmérséklet miatt, míg az LTCC-t széles körben használják nagy-frekvenciás, nagy-sebességű kommunikációban és autóelektronikai modulokban, alacsony dielektromos vesztesége és több-rétegű vezetékezési képessége miatt.
6. Vegyi bevonat fémezés
A kémiai bevonat kémiai redukciós eljárással fémréteget rak le áram nélkül, így hatékonyan alkalmazható összetett -formájú fémezett alumínium és szabálytalan alumíniumkerámia megmunkálási szerkezeteknél. A kötési szilárdsága a felületi érdességtől függ, így alkalmas helyi fémezésre vagy nagy sűrűségű csomagolási követelményekre.
7. Lézeres fémezés
A lézeres melegítés az AlN felület termikus bomlását okozza, közvetlenül vezető fémréteget képezve. Ezt az eljárást az egyszerű eljárás, az alacsony költség és a nagy hatásfok jellemzi, így alkalmas egyes erősáramú eszközök gyors fémezési előállítására.
Kerámia fémezési technológia alkalmazása új energiájú járművekben
1. Nagy-feszültségű egyenáramú relék
A fémezett kerámiát használó vákuumrelék nagyfeszültségű{0}}íves kapcsolást érnek el a kerámia szigetelőszerkezeten keresztül, ami jelentősen javítja a megbízhatóságot és a biztonságot. Döntő szerepet játszanak az elektromos ívek okozta termikus kifutás megelőzésében. A kerámia házszerkezet pótolhatatlan a szigetelés fenntartásában, az elektromos ívek szabályozásában és az áramütések ellenállóképességében.
2. IGBT és SiC MOSFET tápmodulok
A kerámia réz{0}}bevonatú hordozók (DBC/AMB) az új energetikai járművek fő hajtásszabályozóinak fő anyagának számítanak, mivel nagy szigetelésük, nagy hőelvezetésük, erős mechanikai tulajdonságaik és kiváló hőtágulási illeszkedésük. Az AMB különösen a fémréteg és a kerámia interfész kötési szilárdságában és megbízhatóságában jeleskedik, és számos nagy teljesítményű tápmodul fő irányzatává vált.
3. LED-es csomagolás és autóvilágítás
A LED-chipekben lévő energia nagy része hővé alakul, így nagy hővezető képességű kerámia szubsztrátum, például AlN, ideális hőelvezető anyagok a nagy{0}}fényerősségű és ultraibolya LED-ekhez. Az autóipari világítási rendszerek teljesítményének folyamatos növekedésével a fémezett kerámiák gyorsan behatolnak a nagy-teljesítményű LED-modulok közé.
Jövőbeli kihívások: A nagy hővezető képességű kerámia fémezésnek még hosszú út áll előtte
Bár különféle fémezési módszerek léteznek, a költségek, a kötési szilárdság, a gyártási stabilitás és a nagy{0}}gyártási képességek tekintetében továbbra is különbségek vannak a különböző eljárások között. Az erős és szívós fémréteg kialakítása a nagy hővezető képességű kerámiákon, valamint a hosszú távú megbízhatóság biztosítása magas és alacsony hőmérsékletű ciklusok során, kulcsfontosságú iránya a kerámia fémezési technológiájának jövőbeli mélyreható-kutatásának.
A nagy teljesítménysűrűség, az autonóm vezetési számítástechnikai platformok és az elektromos hajtásrendszerek folyamatos frissítése mind meg fogja hajtanifémezett kerámia, fémezett timföldkerámia, kerámiacsomagolás és precíziós alumínium-oxid kerámia megmunkálása az alkalmazások szélesebb körébe.
lépjen kapcsolatba velünk
