Tehokkaiden{0}}elektronisten pakkausten kasvava kysyntä ajaa jatkuvia päivityksiä keraamisissa alustoissa ja metallointitekniikoissa.

Uusien energia-ajoneuvojen, älykkäiden verkkojen, teollisuuden virtalähteiden, tekoälypalvelimien ja ilmailuteollisuuden nopean kehityksen vetämänä tehopuolijohdelaitteet kehittyvät kohti korkeampia jännitteitä, suurempia virtoja, suurempia tehotiheyksiä ja pienentämistä. Laitteen käytön aikana syntyvä huomattava lämpö asettaa tiukkoja vaatimuksia pakkausmateriaalien lämmönpoistokyvylle, rakenteelliselle luotettavuudelle ja pitkäaikaiselle vakaudelle.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Elektroniikkapakkausten keraamiset substraatit ovat tärkeitä perusmateriaaleina, jotka yhdistävät siruja, piirejä ja lämmönhallintajärjestelmiä, ja niistä on tullut keskeinen ratkaisu suuritehoisten{0}}elektroniikkalaitteiden pakkauksissa korkean lämmönjohtavuuden, erinomaisten eristysominaisuuksien ja vankan mekaanisen vakauden ansiosta.

 

Vaikka perinteiset FR-4 epoksi-lasikuitulubstraatit ja metalli-pohjaiset substraatit tarjoavat kustannusetuja, niiden rajallinen lämmönjohtavuus ja suhteellisen korkeat lämpölaajenemiskertoimet (CTE) tekevät niistä sopimattomia korkeissa-lämpötiloissa ja suuritehoisissa sovelluksissa. Sitä vastoin keraamisilla materiaaleilla on tiiviisti puolijohdemateriaalien CTE, ja ne säilyttävät vakaan suorituskyvyn monimutkaisissa ympäristöissä; Siksi niitä käytetään laajasti tehomoduuleissa, LEDeissä, IGBT:issä, SiC-laitteissa ja uusien energiaajoneuvojen sähkökäyttöjärjestelmissä.

 

Tällä hetkellä korkean-lämpöä-johtavien keraamisten substraattien päämateriaaleja ovat alumiinioksidi (Al2O3), piikarbidi (SiC), alumiininitridi (AlN) ja piinitridi (Si3N4). Näistä alumiinioksidikeramiikka-joille on ominaista kypsät valmistusprosessit ja alhaiset kustannukset-eroutuvat edukseen yhtenä elektroniikkapakkausten yleisimmin käytetyistä perusmateriaaleista. Metalloitu alumiinioksidikeramiikka, joka on valmistettu edistyneillä prosessointitekniikoilla, tarjoaa parannetun johtavan liitettävyyden, mikä täyttää elektronisten komponenttien asennuksen ja piirin signaalin siirtovaatimukset.

 

Kun teholaitteiden suorituskyky kehittyy jatkuvasti, erittäin{0}}puhtaiden alumiinioksidimateriaalien käsittely on siirtymässä kohti suurempaa tarkkuutta. Erittäin -puhtaat alumiinioksidin tarkkuusmetalloidut keraamiset komponentit-, jotka on valmistettu tarkkuusmuovauksella, sintraamalla ja pintametalloinnilla- mahdollistavat rakennesuunnittelut, jotka tarjoavat erinomaisen eristyksen ja luotettavuuden, mikä tekee niistä ihanteellisia vaativiin elektroniikkakomponentteihin ja teollisuussovelluksiin.

 

Suorituskykyisten-tehomoduulien alalla alumiininitridikeramiikka (AlN) on saanut merkittävää huomiota korkean lämmönjohtavuuden, alhaisen dielektrisyysvakion ja erinomaisten sähköisten ominaisuuksiensa ansiosta. Niiden lämmönjohtavuuteen vaikuttavat ensisijaisesti tekijät, kuten hilavirheet, happipitoisuus ja sintrausprosessi.

 

Optimoimalla materiaalien koostumusta ja valmistustyönkulkua voidaan minimoida sisäiset viat ja tehostaa lämmönhallintaa, mikä tekee näistä materiaaleista entistä sopivampia suuritehoisiin elektronisiin pakkaussovelluksiin. Piikarbidi (SiC) -keramiikka tarjoaa merkittävää potentiaalia äärimmäisissä käyttöympäristöissä korkean lujuutensa, korkean lämmönkestävyytensä ja erinomaisen lämmönjohtavuutensa ansiosta. Niiden monimutkainen kidehilarakenne asettaa kuitenkin tiukat vaatimukset materiaalin puhtaudelle, sintrausolosuhteille ja mikrorakenteen hallitukselle. Tulevat edistysaskeleet-erityisesti raerakenteen optimointi ja epäpuhtauksiin liittyvien-virheiden-vähentäminen lupaavat edelleen parantaa piikarbidikeraamisten substraattien yleistä suorituskykyä.

 

Viime vuosina piinitridikeramiikka (Si₃N₄) on noussut erittäin{0}}luotettavien tehomoduulien tärkeimmäksi kehitysalueeksi. Perinteisiin keraamisiin materiaaleihin verrattuna ne tarjoavat erinomaisen mekaanisen lujuuden ja murtolujuuden, mikä vähentää tehokkaasti lämpölaajenemishäiriöiden aiheuttamaa rasitusta lämpökierron aikana. Tämän seurauksena lujia metalloituja keraamisia komponentteja käytetään yhä enemmän uusien energiaajoneuvojen inverttereissä, korkeajännitteisissä tehomoduuleissa ja erittäin{5}}luotettavissa elektroniikkajärjestelmissä.

 

Keraamiset materiaalit ovat luonnostaan ​​eristäviä; Siksi sähköliitäntöjen ja komponenttien asennuksen helpottamiseksi metallipiirikerros on muodostettava pintakäsittelyllä-, joka tunnetaan nimellä keraaminen metallointi. Luomalla vakaan, hyvin{2}}sidetun metallikerroksen keraamiseen pintaan metallointitekniikka varmistaa luotettavan yhteyden keramiikan ja metallin välille, mikä tekee siitä kriittisen prosessin elektronisten pakkausten valmistuksessa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tällä hetkellä alan kypsiä keraamisia metallointiprosesseja ovat Direct Plated Copper (DPC), Direct Bonded Copper (DBC), Active Metal Brazing (AMB), Laser Activated Metallization (LAM) ja Thick{0}} Film Printed Copper (TPC).

 

DPC-prosessissa käytetään sputterointia, galvanointia ja fotolitografiaa hienojen metallipiirien muodostamiseksi; sille on ominaista korkea piirin tarkkuus ja erinomainen liimauskyky, mikä tekee siitä sopivan suuritiheyksisiin elektronisiin pakkauksiin. Korkeiden laiteinvestointikustannusten ja kuparikerroksen paksuuden rajoitusten vuoksi sen käyttö on kuitenkin keskittynyt ensisijaisesti tarkkuuselektroniikkalaitteisiin.

 

DBC-prosessilla saadaan aikaan kuparifolion ja keramiikan välinen sidos kupari-happieutektisella reaktiolla, mikä tarjoaa etuja, kuten prosessin kypsyyden ja suuren kuormituksen{1}}kantokyvyn. Vaikka kuparin ja keramiikan lämpölaajenemiskertoimien erot käytetään laajalti tehomoduulien pakkauksissa, ne voivat johtaa lämpörasitukseen pitkäaikaisen -lämpösyklin aikana, mikä edellyttää lisäparannuksia luotettavuudessa.

 

AMB-prosessissa käytetään aktiivista metallijuotetta keraamisen ja kuparikerroksen välisen sidoksen parantamiseen, mikä osoittaa erinomaista vakautta korkeissa{0}}lämpötiloissa ja{1}}tehokkaissa ympäristöissä. Uusien energiaajoneuvojen 800 V{4}}korkeajännitealustojen kehittämisen myötä AMB-Si₃N₄-keraamisista substraateista on tullut yhä useammin suositeltu valinta tehokkaille-tehomoduuleille. Korkeajännitteisten sovellusten-komponentit,-kuten HVDC-kontaktorien keraamiset kotelot-asettavat yhä tiukempia vaatimuksia keraamisten materiaalien eristyskyvylle, mekaaniselle lujuudelle ja lämmönkestävyydelle.

 

Perinteisten metallointimenetelmien lisäksi uudet laseravusteiset{0}}metallointitekniikat saavat huomiota. Tässä prosessissa käytetään lasereita keraamisen pinnan muokkaamiseen, mikä mahdollistaa metallin selektiivisen kerrostamisen piirien muodostamiseksi; se tarjoaa etuja, kuten korkean käsittelytarkkuuden ja suunnittelun joustavuuden. Keraaminen metallointiteknologia on valmis laajentamaan sovellusaluettaan tulevassa tarkkuuselektroniikan rakennekomponenttien valmistuksessa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uusien energiaajoneuvojen, energian varastointijärjestelmien ja älykkäiden voimalaitteiden kasvun vetämänä metalloitujen keraamisten tuotteiden sovellusskenaariot laajenevat jatkuvasti. Esimerkiksi tehopuolijohteiden metalloidut keraamiset kotelot tarjoavat vakaan pakkausympäristön, mikä parantaa laitteiden lämmön- ja jännitteenkestävyyttä. Samoin metalloituja keraamisia eristäviä putkia käytetään laajalti korkeajännitteisissä eristysrakenteissa, ja ne palvelevat sekä sähköeristystä että mekaanisia tukitoimintoja.

 

Alan trendit osoittavat, että elektroniikkapakkausten keraamiset substraatit kehittyvät kohti parempaa lämmönjohtavuutta, lujuutta ja luotettavuutta parempaan tarkkuuteen. Toisaalta materiaalitutkimuksella optimoidaan edelleen keraamisia järjestelmiä, -kuten alumiinioksidia, alumiininitridiä ja piinitridiä-, jotta lämmönhallintaominaisuudet paranevat. Toisaalta metallointiprosessit parantavat edelleen piirien tarkkuutta, sidoslujuutta ja tuotannon tehokkuutta.

 

Uusien energiaajoneuvojen, teollisuuden ohjausjärjestelmien, datakeskusten virtalähteiden ja uusiutuvan energian varastointilaitteiden nopean laajentumisen myötä tarkkuusmetalloidusta keramiikasta tulee kehittyneiden elektronisten pakkausten tärkeä osa. Keraamisten-metallien ja metallien liitostekniikoiden optimointi erittäin luotettavien liitäntöjen varmistamiseksi auttaa vastaamaan tuleviin suuritehoisten-elektronisten laitteiden turvallisuuden ja vakauden vaatimuksiin.

 

Tulevaisuudessa alan on jatkettava läpimurtoja avainteknologioissa,{0}}mukaan lukien korkean-lämmönjohtavuuden-keramiikan valmistus, matala-vikainen sintraus, korkea-tarkka piirikuviointi ja ympäristöystävälliset metallointiprosessit. Kehittyvät tuotteet, kutenmetalloitu alumiinioksidikeramiikka sähkökomponentteihinkohti parempaa suorituskykyä ja laajempia sovellusalueita tarjoaa luotettavat perusmateriaalit, joita tarvitaan seuraavan -sukupolven tehoelektroniikkajärjestelmiin.