بررسی اجمالی فرآیندهای متالیزاسیون و کاربردهای زیرلایه های هیت سینک سرامیکی

با پیشرفت فناوری الکترونیکی به سمت چگالی توان بالاتر، فرکانس بالاتر و کوچک سازی، مدیریت حرارتی به یک عامل اصلی محدود کننده عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم تبدیل شده است. بسترهای سرامیکی، با هدایت حرارتی عالی، عایق الکتریکی، مقاومت در برابر حرارت بالا، و ویژگی های تطبیق انبساط حرارتی، به حامل های مهمی برای نیمه هادی های قدرت و بسته بندی الکترونیکی پیشرفته تبدیل شده اند. به خصوص با پشتیبانی از فرآیندهای کلیدی مانند فلزسازی آلومینیوم، مواد سرامیکی می توانند از رسانه های عایق به سازه های اتصال الکتریکی بسیار قابل اعتماد تبدیل شوند و نقش اساسی در سیستم های الکترونیکی مدرن ایفا کنند.

 

پس از پخت، بسترهای سرامیکی باید تحت متالیزاسیون قرار گیرند تا یک لایه رسانا ساخته شود و اتصالات الکتریکی بین تراشه و مدارهای خارجی را امکان پذیر کند. فن‌آوری‌های جریان اصلی کنونی را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: فلزسازی مسطح و فلزسازی سه بعدی-هم‌بعدی. در این میان، فرآیند متالیزاسیون سرامیک های آلومینیومی، یک پایه کاربردی بالغ در الکترونیک قدرت، تجهیزات ارتباطی و وسایل نقلیه با انرژی جدید ایجاد کرده است.

 

 

 

بسترهای سرامیکی مسطح معمولاً با استفاده از روش‌هایی مانند آبکاری، تبخیر، آبکاری الکتریکی یا آبکاری شیمیایی، لایه‌های رسانا را روی سطوح دو بعدی- تشکیل می‌دهند. این فرآیند بالغ، مقرون به صرفه و مناسب برای تولید انبوه است و آن را به راه حل اصلی در زمینه سرامیک های متالیزه برای کاربردهای الکتریکی تبدیل می کند.

 

1. فرآیند DPC (سرامیک با روکش مستقیم).

فناوری DPC، بر اساس ریزساخت نیمه‌هادی، ساخت مدار با دقت بالا را از طریق کندوپاش کردن لایه‌های دانه، انتقال الگوی فوتولیتوگرافی و ضخیم‌کردن آبکاری به دست می‌آورد. این فناوری می تواند خطوط ظریفی را در سطح 20 تا 30 میکرومتر به دست آورد و وضوح الگو و دقت تراز بسیار بالایی را ارائه دهد. به طور همزمان، از فرآیندهای{5}در دمای پایین استفاده می‌کند و به طور موثر از تأثیر تنش حرارتی بر ساختار مواد جلوگیری می‌کند.

 

DPC مخصوصاً برای برنامه‌های بسته‌بندی با{0} یکپارچه‌سازی بالا، مانند بسته‌بندی LED، دستگاه‌های میکروالکترونیک، و ماژول‌های اتصال{1} با چگالی بالا، مناسب است و یکی از مسیرهای کلیدی فناوری برای دستیابی به سرامیک‌های متالیزه دقیق است. با این حال، ضخامت لایه فلزی آن محدود است، کنترل یکنواختی آبکاری چالش برانگیز است، و الزامات بالایی بر روی ثبات فرآیند اعمال می شود.

 

2. فرآیند DBC (سرامیک مس مستقیم).

فرآیند DBC یک پیوند متالورژیکی بین مس و سرامیک را از طریق یک واکنش یوتکتیک در دماهای بالا به دست می‌آورد که منجر به استحکام باند بسیار بالا و هدایت حرارتی عالی می‌شود. ضخامت لایه مس آن به طور گسترده ای (120-700 میکرومتر) متغیر است، که الزامات انتقال جریان بالا را برآورده می کند و آن را به یکی از بالغ ترین راه حل ها برای بسته بندی دستگاه های قدرت تبدیل می کند.

 

این فناوری به طور گسترده در ماژول‌های IGBT، دستگاه‌های منبع تغذیه و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود که نشان‌دهنده یک کاربرد معمولی سرامیک آلومینا متالیز برای قطعات الکتریکی است. با این حال، دقت پهنای خط آن نسبتاً کم است و قابلیت اطمینان ممکن است تحت تأثیر ریز منافذ سطحی تحت شرایط چرخه حرارتی قرار گیرد، بنابراین کاربرد آن در بسته‌بندی‌های{1} با دقت بالا محدود می‌شود.

 

3. فرآیند AMB (Active Metal Bonding).

فناوری AMB لحیم کاری حاوی عناصر فعال مانند Ti را برای دستیابی به پیوند سطحی قوی بین سرامیک و فلز در دمای متوسط ​​تا بالا معرفی می کند که به طور موثر مشکلات استرس ناشی از عدم تطابق انبساط حرارتی را کاهش می دهد. در مقایسه با DBC سنتی، در شرایط دوچرخه‌سواری با دمای بالا{1} قابلیت اطمینان بالاتری از خود نشان می‌دهد.

 

این فرآیند برای محیط‌های عملیاتی با چگالی توان و دمای بالا، مانند ماژول‌های قدرت برای وسایل نقلیه با انرژی جدید و بسته‌بندی دستگاه‌های نیمه‌رسانای نسل سوم، مناسب است، و یک جهت مهم برای توسعه اجزای سرامیکی متالایز شده با استحکام بالا است. با این حال، دارای الزامات بالایی برای محیط فرآیند (خلاء یا اتمسفر محافظ) و سیستم مواد است که در نتیجه هزینه‌های نسبتاً بالایی دارد.

 

 

 

همانطور که ساختارهای بسته بندی به سمت یکپارچگی سه بعدی پیشرفت می کنند، زیرلایه های سرامیکی سه بعدی با ساختارهای حفره ای و قابلیت اتصال چند لایه به تدریج در حال تبدیل شدن به حامل های مهم برای بسته بندی-بالا هستند. این نوع فناوری از سرامیک‌های پخته شده به عنوان هسته استفاده می‌کند که سیم‌کشی با چگالی بالا و بسته‌بندی هرمتیک را ممکن می‌سازد، و به طور گسترده در سیستم‌های الکترونیکی با قابلیت اطمینان بالا استفاده می‌شود.

 

1. HTCC (سرامیک با حرارت بالا-شرکت با حرارت بالا-)

HTCC از خمیرهای فلزی با نقطه ذوب بالا (مانند تنگستن و مولیبدن) و مواد سرامیکی استفاده می‌کند که در دماهای بالاتر از 1500 درجه پخت می‌شوند تا ساختاری یکپارچه تشکیل دهند. این دارای استحکام مکانیکی عالی و مقاومت در برابر حرارت بالا است که آن را برای بسته‌بندی الکترونیکی در محیط‌های شدید مناسب می‌کند.

 

این فناوری به‌طور گسترده در ماژول‌های نظامی، هوافضا و{0}}قدرت بالا استفاده می‌شود و یک راه‌حل معمولی سرامیک فلزی برای نیمه هادی‌های نیرو است. با این حال، هزینه ساخت آن بالا است، و رسانایی آن نسبتاً محدود است، که آن را برای مدارهای دقیق با فرکانس بالا نامناسب-می‌کند.

 

2. LTCC (سرامیک با حرارت پایین-شرکت با حرارت پایین-)

LTCC از یک سیستم مواد پخت{0}در دمای پایین استفاده می‌کند (<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.

 

در ارتباطات 5G، سیستم‌های رادار و ماژول‌های{1} فرکانس بالا، LTCC به یکی از راه‌حل‌های اصلی تبدیل شده است که به طور گسترده در سرامیک‌های متالیزه آلومینا برای کاربردهای الکترونیکی استفاده می‌شود. نقطه ضعف آن این است که مقاومت مکانیکی و هدایت حرارتی آن کمی کمتر از سیستم های HTCC است.

 

 

از منظر کاربردی، فرآیندهای متالیزاسیون مختلف هر کدام دارای مزایای خود هستند:

 

DPC: بسته بندی مینیاتوری با دقت بالا → میکروالکترونیک، LED

DBC: هدایت حرارتی بالا، جریان بالا → ماژول های قدرت، IGBT

AMB: قابلیت اطمینان بالا،-دوچرخه با دمای بالا → وسایل نقلیه با انرژی جدید، دستگاه‌های SiC/GaN

HTCC: استحکام بالا، مقاومت در برابر دمای بالا → محیط های نظامی و شدید

LTCC: فرکانس بالا، ادغام بالا → ارتباطات و الکترونیک سرعت بالا-

 

در مهندسی عملی، برای دستیابی به تطابق عملکرد بهینه، باید یک فرآیند انتخاب جامع، با در نظر گرفتن الزامات هدایت حرارتی، رتبه بندی جریان، چگالی بسته و هزینه انجام شود. این فناوری‌ها در مجموع سیستم فناوری اصلی سرامیک‌های فلزی برای قطعات الکتریکی را تشکیل می‌دهند.

 

 

 

توسعه آینده فناوری متالیزاسیون سرامیکی بر روی جهت‌های زیر متمرکز خواهد بود:

 

هدایت حرارتی بالاتر (برای دستگاه های SiC/GaN)

دقت سیم کشی بالاتر (سطح میکرون-یا حتی نانومتری{1}})

کامپوزیت‌های چند{0}}متریال (سرامیک‌های-بالا مانند AlN و Si₃N4)

-ادغام سه بعدی و سیستم-در{2}}بسته (SiP)

 

به طور همزمان، ماشین‌کاری دقیق و قابلیت‌های بهینه‌سازی ساختاری مربوط به سرامیک‌های متالیزه آلومینا به یک مزیت رقابتی حیاتی در افزایش ارزش افزوده محصول تبدیل خواهد شد.

 

 

ما به‌عنوان یک تولیدکننده حرفه‌ای، در ماشین‌کاری دقیق قطعات سرامیکی آلومینا و راه‌حل‌های متالیزاسیون{0} با قابلیت اطمینان بالا، متعهد به ارائه پشتیبانی یکپارچه از انتخاب مواد و طراحی ساختاری تا اجرای متالیزاسیون به مشتریان هستیم. محصولات ما شامل لوله های عایق سرامیکی متالایزه است،فلزکاری قطعات سرامیکیاجزای ساختاری با دقت بالا-و بسترهای بسته بندی سفارشی که به طور گسترده در زمینه های انرژی نو، الکترونیک قدرت و تجهیزات پیشرفته-استفاده می شود.

 

با استفاده از سیستم فرآیند بالغ و قابلیت‌های تولید پایدار، می‌توانیم سرامیک‌های متالیزه آلومینا را برای اتصال و انواع مختلفی از اجزای سرامیکی کاربردی ارائه دهیم که الزامات کاربردی سخت‌گیرانه را برآورده می‌کند و به مشتریان کمک می‌کند تا به راه‌حل‌های یکپارچه‌سازی سیستم با عملکرد بالاتر و قابلیت اطمینان بالاتر دست یابند.