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¿Qué tecnología permite que la cerámica y los metales logren una "fuerte combinación"?

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¿Qué tecnología permite que la cerámica y los metales logren una "fuerte combinación"?

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La cerámica se suele denominar material inorgánico no metálico. Se puede ver que la gente coloca directamente la cerámica en el lado opuesto del metal. Después de todo, el rendimiento de ambos es un mundo aparte. Pero las ventajas de ambos son demasiado prominentes, por lo que en muchos casos es necesario combinar la cerámica y los metales, cada uno mostrando sus puntos fuertes, por lo que nació la tecnología de metalización de la cerámica.

Especialmente con el advenimiento de la era 5G, la potencia de los chips semiconductores continúa aumentando. La tendencia de desarrollo de la ligereza y la alta integración es cada vez más evidente, y la importancia de la disipación del calor también se hace cada vez más evidente. Esto indudablemente impone requisitos más estrictos a los materiales de disipación de calor de los paquetes. En la estructura de embalaje de los componentes electrónicos de potencia, el sustrato de embalaje sirve como un eslabón clave para conectar las partes superior e inferior y mantener los circuitos internos y externos conectados y tiene funciones como la disipación de calor y el soporte mecánico. Como material de embalaje de disipación de calor electrónico emergente, la cerámica tiene muchas ventajas: alta conductividad térmica, aislamiento, resistencia al calor, fuerza y coeficiente de expansión térmica que se ajusta al chip, por lo que es un material de embalaje de disipación de calor ideal para los componentes electrónicos de potencia.

La cerámica utilizada en los circuitos debe ser primero metalizada. Se debe aplicar una capa de una película metálica a la superficie de la cerámica. Y para hacerla conductiva, luego soldarla con cables metálicos u otras capas conductoras de metal. Para que se conecten y se conviertan en una sola.

El paso más importante en el proceso de sellado cerámico-metal es la metalización, y su calidad afecta al efecto de sellado final.

Dificultades para soldar cerámicas y metales:

1. El coeficiente de expansión lineal de la cerámica es pequeño, mientras que el coeficiente de expansión lineal del metal es relativamente grande, lo que hace que las juntas se agrieten. En general, la tensión térmica de la capa intermedia de metal debe manejarse bien.

2. La cerámica en sí misma tiene una baja conductividad térmica y una débil resistencia al choque térmico. Al soldar, es importante minimizar la temperatura y controlar la tasa de enfriamiento después de la soldadura.

3. La mayoría de las cerámicas tienen una baja conductividad o incluso no conductividad. Es difícil utilizar la soldadura eléctrica.

4. Debido a la coordinación electrónica estable de los materiales cerámicos, la conexión entre el metal y la cerámica es poco probable. Es necesario metalizar la cerámica o soldar con soldadura activa.

5. Como los materiales cerámicos son en su mayoría cristales covalentes, no se deforman fácilmente y a menudo se producen fracturas frágiles. En la actualidad, la capa intermedia se utiliza principalmente para reducir la temperatura de soldadura, y el método de difusión indirecta se utiliza para la soldadura.

6. El diseño de la estructura de la soldadura de cerámica y metal es diferente de la soldadura ordinaria. Generalmente se divide en estructura de sello plano, estructura de manga, estructura de sello de clavija y estructura de sello doble. La estructura de manga tiene el mejor efecto, y los requerimientos de producción de estas estructuras de unión son muy altos.

El mecanismo de la metalización de la cerámica

El mecanismo de metalización de la cerámica es relativamente complejo, ya que implica varias reacciones químicas y físicas, el flujo de sustancias plásticas y la reorganización de las partículas. Diversas sustancias, como los óxidos y los óxidos no metálicos de la capa metalizada, experimentan diferentes reacciones químicas y la difusión y migración de sustancias en diferentes etapas de sinterización. A medida que aumenta la temperatura, cada sustancia reacciona para formar un compuesto intermedio, y cuando alcanza un punto de fusión común, forma una fase líquida. La fase líquida de vidrio tiene una cierta viscosidad y al mismo tiempo produce un flujo plástico. Después de eso, las partículas se reordenan bajo la acción del capilar. Impulsados por la energía, los átomos o moléculas se difunden y migran, los granos de cristal crecen, los poros se encogen gradualmente y desaparecen, y la capa de metalización se densifica.

El proceso de metalización de la cerámica

1. Tratamiento previo del sustrato

2. Preparación de la lechada de metalización

3. Recubrimiento y secado.

4. Tratamiento térmico

El método específico de metalización de la cerámica

1. El método Mo-Mn

2. Activación del método Mo-Mn

3. Soldadura metálica activa

4. Cobre enlazado directamente (DBC)

5. La pulverización de magnetrón

Factores que influyen en la metalización de la cerámica

1. Fórmula de metalización

2. La temperatura de metalización y el tiempo de mantenimiento

3. Microestructura de la capa de metalización

4. Otros factores