تقاضای فزاینده برای بسته‌بندی‌های الکترونیکی{0} با قدرت بالا باعث ارتقای مداوم بسترهای سرامیکی و فناوری‌های متالیزاسیون می‌شود.

با توجه به توسعه سریع بخش‌هایی مانند وسایل نقلیه انرژی جدید، شبکه‌های هوشمند، منابع تغذیه صنعتی، سرورهای هوش مصنوعی و هوافضا، دستگاه‌های نیمه‌رسانای قدرت به سمت ولتاژهای بالاتر، جریان‌های بالاتر، چگالی توان بالاتر و کوچک‌سازی در حال تکامل هستند. گرمای قابل توجهی که در طول کارکرد دستگاه تولید می‌شود، نیازهای شدیدی را بر قابلیت‌های اتلاف گرما، قابلیت اطمینان ساختاری و پایداری طولانی‌مدت مواد بسته‌بندی ایجاد می‌کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

به عنوان مواد اساسی اساسی که تراشه ها، مدارها و سیستم های مدیریت حرارتی را به هم متصل می کنند، بسترهای سرامیکی برای بسته بندی الکترونیکی به دلیل رسانایی حرارتی بالا، خواص عایق عالی، و پایداری مکانیکی قوی، به عنوان یک راه حل کلیدی در زمینه بسته بندی دستگاه های الکترونیکی با قدرت{0} بالا ظاهر شده اند.

 

در حالی که بسترهای سنتی FR-4 اپوکسی{2}}الیاف شیشه و بسترهای فلزی{3}} دارای مزایای هزینه هستند، رسانایی حرارتی محدود و ضرایب نسبتاً بالای انبساط حرارتی (CTE) آنها را برای کاربردهای با درجه حرارت بالا و توان بالا نامناسب می‌کند. در مقابل، مواد سرامیکی دارای CTE نزدیک به مواد نیمه هادی هستند و عملکرد پایدار را در محیط های پیچیده حفظ می کنند. در نتیجه، آنها به طور گسترده در ماژول های قدرت، LED ها، IGBT ها، دستگاه های SiC و سیستم های محرک الکتریکی برای وسایل نقلیه انرژی جدید استفاده می شوند.

 

در حال حاضر، مواد اصلی برای زیرلایه‌های سرامیکی با هدایت حرارتی بالا عبارتند از آلومینا (Al2O3)، کاربید سیلیکون (SiC)، نیترید آلومینیوم (AlN) و نیترید سیلیکون (Si3N4). در این میان، سرامیک‌های آلومینا{3}}که با فرآیندهای تولید بالغ و هزینه‌های پایین مشخص می‌شوند-به‌عنوان یکی از پرکاربردترین مواد پایه در بسته‌بندی الکترونیکی برجسته می‌شوند. سرامیک‌های آلومینا متالایزه شده، تولید شده از طریق تکنیک‌های پردازش پیشرفته، اتصال رسانایی پیشرفته‌تری را ارائه می‌دهند، در نتیجه الزامات نصب قطعات الکترونیکی و انتقال سیگنال مدار را برآورده می‌کنند.

 

با ادامه پیشرفت عملکرد دستگاه‌های قدرت، پردازش مواد آلومینا با خلوص{{0}بالا به سمت دقت بالاتر در حال تغییر است. اجزای سرامیکی متالایزه شده با آلومینا با خلوص بالا-تولید شده از طریق شکل‌دهی دقیق، تف جوشی و متالیزاسیون سطح{4}}طراحی‌های ساختاری را قادر می‌سازد که عایق و قابلیت اطمینان بالاتری ارائه دهند و آنها را برای قطعات الکترونیکی و کاربردهای صنعتی ایده‌آل می‌سازد.

 

در حوزه ماژول‌های قدرت{0} با کارایی بالا، سرامیک‌های نیترید آلومینیوم (AlN) به دلیل هدایت حرارتی بالا، ثابت دی الکتریک پایین و خواص الکتریکی عالی، توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده‌اند. هدایت حرارتی آنها در درجه اول تحت تأثیر عواملی مانند نقص شبکه، محتوای اکسیژن و فرآیند تف جوشی است.

 

با بهینه‌سازی فرمول‌بندی مواد و جریان‌های کاری تولید، می‌توان عیوب داخلی را به حداقل رساند و کارایی مدیریت حرارتی را افزایش داد، و این مواد را به طور فزاینده‌ای برای کاربردهای بسته‌بندی الکترونیکی با قدرت بالا- مناسب می‌سازد. سرامیک های کاربید سیلیکون (SiC) به دلیل استحکام بالا، مقاومت حرارتی بالا و هدایت حرارتی عالی، پتانسیل قابل توجهی را در محیط های عملیاتی شدید نشان می دهند. با این حال، ساختار شبکه کریستالی پیچیده آنها الزامات سختگیرانه ای را در مورد خلوص مواد، شرایط پخت و کنترل ریزساختاری تحمیل می کند. پیشرفت‌های آتی-به‌ویژه بهینه‌سازی ساختار دانه‌ها و کاهش ناخالصی‌ها{5}}عیب‌های مرتبط-به بهبود عملکرد کلی زیرلایه‌های سرامیکی SiC نوید می‌دهند.

 

در سال‌های اخیر، سرامیک‌های نیترید سیلیکون (Si₃N4) به‌عنوان یک منطقه کلیدی توسعه برای ماژول‌های قدرت{0} با قابلیت اطمینان بالا ظاهر شده‌اند. در مقایسه با مواد سرامیکی سنتی، آنها استحکام مکانیکی و چقرمگی شکست عالی را ارائه می‌دهند و به طور موثر تنش ناشی از عدم تطابق انبساط حرارتی در طول چرخه حرارتی را کاهش می‌دهند. در نتیجه، اجزای سرامیکی متالایزه شده با استحکام بالا به طور فزاینده‌ای در اینورترها برای وسایل نقلیه انرژی جدید، ماژول‌های قدرت ولتاژ بالا و سیستم‌های الکترونیکی با قابلیت اطمینان بالا-استفاده می‌شوند.

 

مواد سرامیکی ذاتا عایق هستند. بنابراین، برای تسهیل اتصالات الکتریکی و نصب قطعات، یک لایه مدار فلزی باید از طریق عملیات سطحی-فرآیندی به نام متالیزاسیون سرامیکی تشکیل شود. فناوری متالیزاسیون با ایجاد یک لایه فلزی پایدار و چسبیده بر روی سطح سرامیک، اتصال قابل اعتماد بین سرامیک و فلز را تضمین می‌کند و آن را به فرآیندی حیاتی در تولید بسته‌بندی الکترونیکی تبدیل می‌کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در حال حاضر، فرآیندهای متالیزاسیون سرامیکی بالغ در این صنعت عبارتند از: مس مستقیم آبکاری شده (DPC)، مس پیوندی مستقیم (DBC)، لحیم کاری فلزی فعال (AMB)، فلزسازی فعال شده لیزری (LAM) و مس چاپ فیلم ضخیم{{0} (TPC).

 

فرآیند DPC از کندوپاش، آبکاری الکتریکی و فوتولیتوگرافی برای تشکیل مدارهای فلزی ظریف استفاده می کند. با دقت مدار بالا و عملکرد اتصال عالی مشخص می شود، که آن را برای بسته بندی های الکترونیکی با چگالی بالا-مناسب می کند. با این حال، به دلیل هزینه های بالای سرمایه گذاری تجهیزات و محدودیت در ضخامت لایه مس، کاربرد آن در درجه اول در زمینه دستگاه های الکترونیکی دقیق متمرکز شده است.

 

فرآیند DBC از طریق یک واکنش یوتکتیک مسی{0}اکسیژن، اتصال بین فویل مس و سرامیک را به دست می‌آورد که مزایایی مانند بلوغ فرآیند و ظرفیت باربری بالا- را ارائه می‌دهد. در حالی که به طور گسترده در بسته بندی ماژول های قدرت استفاده می شود، تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی بین مس و سرامیک می تواند منجر به تنش حرارتی در طول چرخه حرارتی طولانی مدت شود و نیاز به بهبود بیشتر در قابلیت اطمینان دارد.

 

فرآیند AMB از لحیم کاری فلزی فعال برای تقویت پیوند بین لایه سرامیکی و مسی استفاده می‌کند و پایداری عالی را در محیط‌های-دمای{{1} و با قدرت بالا نشان می‌دهد. با توسعه پلت فرم‌های ولتاژ بالا 800 ولت برای وسایل نقلیه با انرژی جدید، بسترهای سرامیکی AMB-Si₃N4 به طور فزاینده‌ای به انتخابی ارجح برای ماژول‌های قدرت{{6} با کارایی بالا تبدیل شده‌اند. اجزای{8}}کاربردهای ولتاژ بالا-مانند محفظه‌های سرامیکی برای کنتاکتورهای HVDC{10}}الزامات سخت‌گیرانه‌تری را بر قابلیت‌های عایق، استحکام مکانیکی و مقاومت حرارتی مواد سرامیکی تحمیل می‌کنند.

 

علاوه بر روش‌های متالیزاسیون سنتی، فناوری‌های جدید متالیزاسیون با کمک لیزر{0}}در حال جلب توجه هستند. این فرآیند از لیزر برای اصلاح سطح سرامیکی استفاده می‌کند و امکان رسوب انتخابی فلز را برای تشکیل مدار فراهم می‌کند. مزایایی مانند دقت پردازش بالا و انعطاف‌پذیری طراحی را ارائه می‌دهد. فناوری متالیزاسیون سرامیکی در حال گسترش دامنه کاربرد خود در آینده ساخت قطعات ساختاری الکترونیکی دقیق است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

به دلیل رشد وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم های ذخیره انرژی و تجهیزات برق هوشمند، سناریوهای کاربردی برای محصولات سرامیکی متالایز به طور مداوم در حال گسترش هستند. به عنوان مثال، محفظه های سرامیکی متالایزه شده برای نیمه هادی های قدرت، محیط بسته بندی پایداری را فراهم می کند و مقاومت در برابر حرارت و ولتاژ دستگاه را افزایش می دهد. به طور مشابه، لوله‌های عایق سرامیکی متالایز به طور گسترده در ساختارهای عایق{2} ولتاژ بالا استفاده می‌شوند که هم عملکردهای عایق الکتریکی و هم عملکردهای پشتیبانی مکانیکی را انجام می‌دهند.

 

روندهای صنعت نشان می دهد که بسترهای سرامیکی برای بسته بندی الکترونیکی در کنار دقت بیشتر به سمت هدایت حرارتی، استحکام و قابلیت اطمینان بالاتر تکامل می یابند. از یک سو، تحقیقات مواد، سیستم‌های سرامیکی-مانند آلومینا، نیترید آلومینیوم، و نیترید سیلیکون{2}}را برای بهبود قابلیت‌های مدیریت حرارتی بیشتر بهینه می‌کند. از سوی دیگر، فرآیندهای متالیزاسیون برای افزایش دقت مدار، استحکام پیوند و راندمان تولید ادامه خواهد یافت.

 

با گسترش سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم‌های کنترل صنعتی، منابع تغذیه مرکز داده و تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر، سرامیک‌های متالایز دقیق به جزء حیاتی بسته‌بندی الکترونیکی پیشرفته تبدیل خواهند شد. بهینه‌سازی فن‌آوری‌های پیوند سرامیک به-فلز برای اطمینان از اتصالات بسیار قابل اعتماد، به برآورده شدن نیازهای آینده برای ایمنی و پایداری در دستگاه‌های الکترونیکی پرقدرت کمک می‌کند.

 

با نگاهی به آینده، صنعت باید به پیشرفت‌هایی در فن‌آوری‌های کلیدی-از جمله تهیه سرامیک‌های با رسانایی{{1}حرارتی{{2} بالا، پخت{3}}با نقص{3} کم، الگوسازی مداری با دقت بالا-و فرآیندهای فلزسازی سازگار با محیط زیست ادامه دهد. محصولات پیشرفته مانندسرامیک آلومینا متالایز برای قطعات الکتریکیبه سمت کارایی بالاتر و زمینه های کاربردی گسترده تر، مواد پایه قابل اعتماد مورد نیاز برای-سیستم های الکترونیک قدرت نسل بعدی را فراهم می کند.