Зростаючий попит на-електронну упаковку високої потужності спонукає до постійного оновлення керамічних підкладок і технологій металізації.

Завдяки стрімкому розвитку таких секторів, як транспортні засоби нових джерел енергії, розумні електромережі, промислові джерела живлення, сервери штучного інтелекту та аерокосмічна промисловість, силові напівпровідникові пристрої розвиваються в напрямку вищих напруг, вищих струмів, вищої щільності потужності та мініатюризації. Значна кількість тепла, що виділяється під час роботи пристрою, висуває суворі вимоги до здатності розсіювання тепла, структурної надійності та тривалої -стабільності пакувальних матеріалів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оскільки керамічні підкладки для електронних упаковок є основними основними матеріалами, що з’єднують мікросхеми, схеми та системи керування температурою, завдяки їхній високій теплопровідності, чудовим ізоляційним властивостям і міцній механічній стабільності стали ключовим рішенням у сфері пакування електронних пристроїв високої -потужності.

 

У той час як традиційні FR{1}}4 епоксидні-скловолокнисті підкладки та металеві-підкладки пропонують економічні переваги, їх обмежена теплопровідність і відносно високі коефіцієнти теплового розширення (КТР) роблять їх непридатними для застосування при високих-температурах і потужності. Навпаки, керамічні матеріали мають КТР, близький до КТР напівпровідникових матеріалів, і зберігають стабільну роботу в складних середовищах; отже, вони широко використовуються в модулях живлення, світлодіодах, IGBT, SiC-пристроях і системах електроприводу для транспортних засобів з новою енергією.

 

Наразі основними матеріалами для керамічних підкладок із високою{0}}теплопровідністю- є оксид алюмінію (Al₂O₃), карбід кремнію (SiC), нітрид алюмінію (AlN) і нітрид кремнію (Si₃N₄). Серед них глиноземна кераміка-характеризується розвиненими виробничими процесами та низькою вартістю-виділяється як один із найпоширеніших базових матеріалів для електронної упаковки. Металізована глиноземна кераміка, виготовлена ​​за допомогою передових технологій обробки, забезпечує покращене провідне з’єднання, що відповідає вимогам до монтажу електронних компонентів і передачі сигналу в схемі.

 

Оскільки продуктивність енергетичних пристроїв продовжує вдосконалюватися, обробка-глинозему високої чистоти зміщується в бік вищої точності. Прецизійні металізовані керамічні компоненти-високочистого оксиду алюмінію-виготовлені за допомогою точного формування, спікання та металізації поверхні-забезпечують структурні конструкції, що забезпечують чудову ізоляцію та надійність, що робить їх ідеальними для вимогливих електронних компонентів і промислових застосувань.

 

У сфері високо-енергетичних модулів кераміка з нітриду алюмінію (AlN) привернула значну увагу завдяки своїй високій теплопровідності, низькій діелектричній проникності та відмінним електричним властивостям. На їх теплопровідність в першу чергу впливають такі фактори, як дефекти решітки, вміст кисню та процес спікання.

 

Завдяки оптимізації складів матеріалів і виробничих процесів можна звести до мінімуму внутрішні дефекти та підвищити ефективність керування температурою, що робить ці матеріали все більш придатними для -потужних електронних упаковок. Кераміка з карбіду кремнію (SiC) демонструє значний потенціал у екстремальних умовах експлуатації завдяки своїй високій міцності, високій термостійкості та відмінній теплопровідності. Однак їх складна структура кристалічної решітки накладає суворі вимоги щодо чистоти матеріалу, умов спікання та контролю мікроструктури. Майбутні вдосконалення-зокрема оптимізація зернистої структури та зменшення{5}}пов’язаних із домішками дефектів-обіцяють подальше покращення загальної ефективності керамічних підкладок із SiC.

 

В останні роки кераміка з нітриду кремнію (Si₃N₄) стала ключовим напрямком розробки високо-надійних силових модулів. Порівняно з традиційними керамічними матеріалами, вони забезпечують чудову механічну міцність і стійкість до руйнування, ефективно пом’якшуючи напругу, спричинену невідповідністю теплового розширення під час термічного циклу. Отже, високо-металізовані керамічні компоненти все частіше використовуються в інверторах для нових транспортних засобів, високо-силових модулях-напруги та високо-надійних електронних системах.

 

Керамічні матеріали за своєю природою є ізоляційними; отже, щоб полегшити електричні з’єднання та монтаж компонентів, металевий шар схеми має бути сформований за допомогою обробки поверхні-процес, відомий як металізація кераміки. Створюючи стійкий, добре{2}}зв’язаний металевий шар на керамічній поверхні, технологія металізації забезпечує надійне з’єднання між керамікою та металом, що робить його критично важливим процесом у виробництві електронної упаковки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наразі розвинені процеси металізації кераміки в промисловості включають мідь із прямим покриттям (DPC), мідь із прямим скріпленням (DBC), активну пайку металу (AMB), лазерну металізацію (LAM) і мідь із товстоплівковим друком (TPC).

 

Процес DPC використовує напилення, гальванічне покриття та фотолітографію для формування тонких металевих схем; він характеризується високою точністю схеми та відмінними характеристиками склеювання, що робить його придатним для електронної упаковки високої-щільності. Однак через високі інвестиційні витрати на обладнання та обмеження товщини мідного шару її застосування переважно зосереджено в області точних електронних пристроїв.

 

Процес DBC забезпечує зв’язок між мідною фольгою та керамікою через евтектичну-кисневу реакцію міді, що забезпечує такі переваги, як зрілість процесу та висока -несуча здатність. Незважаючи на те, що різниця в коефіцієнтах теплового розширення між міддю та керамікою широко використовується в упаковці силових модулів, вона може призвести до теплового стресу під час тривалого-термічного циклу, що потребує подальшого підвищення надійності.

 

У процесі AMB використовується активний металевий припій для покращення зв’язку між керамічним і мідним шарами, демонструючи чудову стабільність у середовищі високої-температури та високої-потужності. З розвитком високовольтних платформ 800 В-для транспортних засобів з новою енергією, керамічні підкладки AMB-Si₃N₄ все частіше стають кращим вибором для високо-модулів живлення. Компоненти для-пристроїв високої напруги-такі як керамічні корпуси для контакторів HVDC-пред’являють дедалі суворіші вимоги до ізоляції, механічної міцності та термостійкості керамічних матеріалів.

 

Окрім традиційних методів металізації, увагу привертають нові-технології лазерної металізації. Цей процес використовує лазери для модифікації керамічної поверхні, уможливлюючи вибіркове осадження металу для формування схеми; він пропонує такі переваги, як висока точність обробки та гнучкість конструкції. Технологія металізації кераміки готова розширити сферу застосування у майбутньому виробництві точних електронних структурних компонентів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сценарії застосування металізованих керамічних виробів безперервно розширюються завдяки зростанню нових енергетичних транспортних засобів, систем зберігання енергії та розумного енергетичного обладнання. Наприклад, металізовані керамічні корпуси для силових напівпровідників забезпечують стабільне середовище упаковки, підвищуючи термостійкість пристроїв і стійкість до напруги. Подібним чином металізовані керамічні ізоляційні труби широко використовуються в -ізоляційних структурах високої напруги, виконуючи функції як електричної ізоляції, так і механічної підтримки.

 

Галузеві тенденції вказують на те, що керамічні підкладки для електронної упаковки будуть розвиватися в напрямку підвищення теплопровідності, міцності та надійності, а також більшої точності. З одного боку, дослідження матеріалів сприятиме подальшій оптимізації керамічних систем-таких як оксид алюмінію, нітрид алюмінію та нітрид кремнію-для покращення можливостей управління температурою. З іншого боку, процеси металізації продовжуватимуть підвищувати точність схеми, міцність з’єднання та ефективність виробництва.

 

Завдяки стрімкому поширенню нових енергетичних транспортних засобів, промислових систем управління, джерел живлення центрів обробки даних і обладнання для зберігання відновлюваної енергії прецизійна металізована кераміка стане життєво важливим компонентом передової електронної упаковки. Оптимізація технологій з’єднання кераміки--з металом для забезпечення високонадійних з’єднань допоможе задовольнити майбутні вимоги безпеки та стабільності в-потужних електронних пристроях.

 

Дивлячись у майбутнє, галузь має продовжувати досягати проривів у ключових технологіях,-включно з підготовкою кераміки з-теплопровідністю-, спікання з низьким{3}}дефектом, високо-нанесення візерунків на схеми та екологічно-процеси металізації. Просування продуктів, таких якметалізована глиноземна кераміка для електричних компонентівдо вищої продуктивності та ширших сфер застосування забезпечить надійні базові матеріали, необхідні для наступного-покоління силових електронних систем.