Alyuminiy nitridili keramik substratlar uchun metallizatsiya texnologiyasi yo'llarining tahlili: keramik substratlardan yuqori-ishonchli elektron qadoqlash ilovalarigacha

Yangi energiya vositalari, quvvat yarimoʻtkazgichlari, energiya saqlash tizimlari va quvvat elektronikasi- kabi yuqori-quvvatni qoʻllash sohalarida-issiqlik tarqalish koʻrsatkichlari va struktura ishonchliligi elektron qurilmalarning uzoq-muddatli va barqaror ishlashi uchun muhim omillardir. Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, past dielektrik yo'qotilishi, mukammal izolyatsiyalash xususiyatlari va yaxshi issiqlik barqarorligi tufayli alyuminiy nitridi (AlN) keramika tobora yuqori-quvvatli elektron qadoqlash uchun asosiy substrat materialiga aylandi.

 

Biroq, alyuminiy nitridi o'z-o'zidan izolyatsion material bo'lganligi sababli, u to'g'ridan-to'g'ri elektr ulanishlari yoki signal o'tkazuvchanligini osonlashtira olmaydi. Shunday qilib, uni quvvat modullarida, yarimo'tkazgichli qadoqlashda yoki yuqori{1}}kuchli elektr komponentlarida ishlatishdan oldin, keramik taglikka elektr o'tkazuvchanligini ta'minlash va keramika va metall o'rtasida ishonchli bog'lanishni ta'minlash uchun sirt metallizatsiya texnologiyasi qo'llanilishi kerak.

 

Keramika metallizatsiyasining asosiy muammosi materiallar orasidagi asosiy farqlarda yotadi: alyuminiy nitridi kuchli kovalent bog'lanish bilan tavsiflangan birikma, metallar esa odatda metall bog'lanish xususiyatiga ega. Ushbu nomutanosiblik yomon namlanish va termal kengayish koeffitsientlarining (CTE) mos kelmasligi kabi muammolarga olib keladi. Yuqori haroratli ish muhitlarida metall qatlam va keramika o'rtasidagi bog'lanish kuchining etarli emasligi-termal kuchlanish natijasida yuzaga keladigan interfaol delaminatsiya yoki yorilish kabi nosozliklarga olib kelishi mumkin. Shu sababli, seramika substratlarini sanoatda qo'llashni rivojlantirish uchun yuqori ishonchli keramika metallizatsiya jarayonlarini ishlab chiqish juda muhimdir.

 

Hozirgi vaqtda alyuminiy nitridili keramika tagliklari uchun turli xil metalllash usullari qo'llaniladi, jumladan, mexanik ulanish, qalin{0}}plyonka texnologiyasi, faol metall lehimlash (AMB), birgalikda kuyish, yupqa{2}}plenka jarayonlari, to'g'ridan-to'g'ri bog'langan mis (DBC) va to'g'ridan-to'g'ri qoplangan mis (DPC).

 

 

 

Mexanik ulanish keramika va metallarni birlashtirish uchun ishlatiladigan eng qadimgi usullardan biridir. Bu konstruktiv dizaynga va{1}}mexanik kuchlanishga asoslanadi, masalan, sopol taglikni metall komponentga mahkamlash uchun shrink-o‘rnatish yoki murvatlash-.

 

Ushbu usul nisbatan oddiy jarayonni o'z ichiga oladi, minimal jihozlarni talab qiladi va ishlab chiqarishda sezilarli moslashuvchanlikni ta'minlaydi. Biroq, interfeysdagi ulanish, birinchi navbatda, tashqi mexanik kuchga tayanganligi sababli, uzoq{1}}muddatli termal aylanish yoki yuqori{2}}haroratli tebranish paytida sezilarli mexanik kuchlanish paydo bo'lishi mumkin; shuning uchun u yuqori ishonchlilik yoki yuqori haroratda ishlashni talab qiladigan ilovalar uchun mos emas.

 

Boshqa tomondan, bog'lash texnologiyasi keramika va metall o'rtasida organik yopishtiruvchi materialni qo'llash orqali bog'langan strukturani yaratishni o'z ichiga oladi. Ushbu yondashuv bir-biriga o'xshash bo'lmagan materiallar tizimlarini-birlashtirish imkonini beradi, masalan, keramik izolyatsion strukturani o'tkazuvchan metall komponent bilan birlashtirib, yaxlit yig'ilishni yaratish.

 

Biroq, organik biriktiruvchi materiallarning haroratga chidamliligi cheklanganligi sababli, ularning ishonchliligi yuqori{0}}quvvatli elektron qurilmalar va HVDC (Yuqori-To'g'ridan-to'g'ri oqim) tizimlari kabi talabchan muhitlarda cheklangan. Binobarin, ular hozirda asosan past-haroratli, past-stressli muhitlarda strukturani mahkamlash uchun ishlatiladi.

 

 

Qalin plyonka texnologiyasi keramika sirtini{0}}metallash uchun yaxshi o‘rnatilgan jarayondir. Ushbu usul odatda alyuminiy nitridi (AlN) keramika yuzasiga-tarkibida metall kukuni bo'lgan{3}}o'tkazuvchan pasta surtish uchun ekranli chop etishdan foydalanadi. Keyingi quritish va yuqori{5}}haroratli sinterlash bosqichlari metall qatlamning keramik taglikka mahkam yopishishini ta'minlaydi.

 

Supero'tkazuvchilar pastalar odatda metall kukuni, shisha biriktiruvchi va organik vositadan iborat; metall kukuni yakuniy elektr o'tkazuvchanligini va mexanik kuchini aniqlaydi. Odatda ishlatiladigan metallarga kumush, mis va nikel kiradi.

 

Ushbu jarayon yuqori ishlab chiqarish samaradorligi, arzonligi va texnik etukligi kabi afzalliklarni taqdim etadi, bu esa uni elektron keramika substratlarini ommaviy ishlab chiqarishga moslashtiradi. Bundan tashqari, pasta formulasini optimallashtirish mukammal elektr ishlashi va termal aylanish ishonchliligini ta'minlaydi.

 

Biroq, ekranli bosib chiqarishning ruxsat chegaralari tufayli, qalin{0}}plyonka jarayoni tomonidan ishlab chiqarilgan sxema o'lchamlari nisbatan katta bo'lib, yuqori-zichlik, nozik{2}}pastlik sxemasi talablariga javob berishni qiyinlashtiradi. Shuning uchun, u asosan elektron aniqlik talablari kamroq qattiqroq bo'lgan quvvat elektroniği qadoqlarida qo'llaniladi.

 

 

 

Active Metal Brazing (AMB) - bu yuqori ishonchlilikdagi keramika{0}}-metall ulanishlariga erishish uchun asosiy texnologiya. Bu jarayon titan (Ti), tsirkoniy (Zr), alyuminiy (Al) yoki niobiy (Nb)- kabi faol elementlarni-an'anaviy lehimli plomba metallariga qo'shishni o'z ichiga oladi. Ushbu elementlar alyuminiy nitridi keramika yuzasi bilan kimyoviy reaksiyaga kirishib, barqaror reaktsiya o'tish qatlamini hosil qiladi.

 

Ushbu o'tish qatlami metall va keramika o'rtasidagi namlanishni yaxshilaydi, bu eritilgan lehim qotishmasini keramika bilan metallurgiya bog'lanishiga imkon beradi va shu bilan bo'g'in mustahkamligini oshiradi.

 

AMB texnologiyasi, ayniqsa, yuqori-haroratli, yuqori{2}}quvvatli ilovalar, masalan, quvvat yarimo'tkazgich modullari, yuqori kuchlanishli elektr jihozlari va quvvat yarimo'tkazgichlari uchun metalllashtirilgan keramika korpuslarini ishlab chiqarish uchun- juda mos keladi. Reaktiv elementlar yuqori haroratlarda kislorod bilan osongina reaksiyaga kirishganligi sababli, bu jarayon odatda vakuum yoki himoya muhitini talab qiladi; binobarin, u asbob-uskunalar va ishlab chiqarish muhitiga yuqori talablarni qo'yadi, natijada ishlab chiqarish xarajatlari nisbatan yuqori bo'ladi.

 

 

Birgalikda pishirish texnologiyasi alyuminiy nitridili keramik yashil qatlamlar yuzasiga volfram yoki molibden kabi yuqori{1}}eriydigan-metallar-pastalarini bosib chiqarishni, soʻngra keramik material bilan birgalikda sinterlashni va oʻtkazuvchan qatlamni integratsiyalashgan keramik qatlamni yaratishni oʻz ichiga oladi.

 

Sinterlash haroratiga asoslanib, birgalikda pishirish texnologiyasi asosan past-Temperatura-keramika (LTCC) va yuqori-haroratda-o'tlangan keramikalar (HTCC) ga bo'linadi.

 

HTCC odatda 1600 darajadan yuqori haroratlarda sinterlanadi. U mukammal mexanik mustahkamlik, issiqlikka chidamlilik va germetiklikni taklif etadi, bu uni ayniqsa yuqori{2}}quvvatli elektron qurilmalar, aerokosmik elektron tizimlar va yuqori-ishonchli qadoqlash ilovalari uchun mos qiladi.

 

Birgalikda otish texnologiyasining asosiy afzalligi uning ko'p qatlamli sxema konstruksiyalarini amalga oshirish qobiliyatidir, bu esa yanada ixcham sxema tuzilmalariga olib keladi; bundan tashqari, o'tkazgichlar va keramika bir vaqtning o'zida hosil bo'lganligi sababli, umumiy strukturaviy barqarorlik kuchayadi.

 

Yuqori-kuchlanishli shahar (HVDC) ilovalarida-harakatlanuvchi izolyatsiyalash konstruksiyalari, masalan, HVDC kontaktorlari uchun keramik korpuslar-birga yondiriladigan-keramika materiallari barqaror yuqori haroratlar va kuchlanish kuchlanishi sharoitida ishonchli ishlash talablariga javob beradi.

 

 

Yupqa{0}}plyonkani metalllashtirish texnologiyasi asosan keramik taglik yuzasiga yupqa metall qatlamni joylashtirish uchun fizik bug 'cho'ktirishdan (PVD) foydalanadi, so'ngra aniqlik sxemalarini yaratish uchun-fotolitografiya va qirqish kabi yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarish jarayonlaridan foydalanadi.

 

Qalin{0}}plyonka jarayonlari bilan solishtirganda, yupqa{1}}plenka texnologiyasi - bu yuqori{2}}chastotali, yuqori-aniqlikdagi elektron qurilmalarda keng qo‘llanilishiga imkon beruvchi nozik chiziq kengligi va yuqori kontaktlarning zanglashiga olib keladigan olib tashlash usuli.

 

Bu usul aniq metalllashtirilgan alumina keramika komponentlarini ishlab chiqarish imkonini beradi, bu mikroelektronik qadoqlash, RF qurilmalari va yuqori-samarador quvvat modullarida aniq afzalliklarni taqdim etadi.

 

Biroq, metall qatlamning minimal qalinligi tufayli, yuqori{0}}joriy ilovalarda joriy{0}}tashish quvvati cheklangan. Bundan tashqari, keramika va metall o'rtasidagi issiqlik kengayish koeffitsientidagi (CTE) farq termal aylanish jarayonida stressni keltirib chiqarishi mumkin; shuning uchun ko'p qatlamli metall konstruktsiyalar ko'pincha bog'lanish ishonchliligini oshirish uchun qo'llaniladi.

 

 

To'g'ridan-to'g'ri bog'langan mis (DBC) - keng qo'llaniladigan keramik{0}}mis bilan bog'lash texnologiyasi. Uning asosiy printsipi mis qatlami va keramika o'rtasidagi interfeysga kislorodni kiritishni o'z ichiga oladi; yuqori{2}}haroratli ishlov berish mis-kislorodli evtektik suyuqlik fazasini hosil qilib, mis materiali va keramika yuzasi o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri bog'lanish imkonini beradi.

 

DBC texnologiyasi qalin mis qatlamlari, yuqori tok oʻtkazuvchanligi-va mukammal issiqlik tarqalishi bilan ajralib turadi. Binobarin, u yangi energiya vositalari uchun invertorlar, quvvat modullari va energiya saqlash konvertorlari kabi yuqori quvvatli{2}}elektron uskunalarda keng qo'llaniladi.

 

Misni alyuminiy nitridi (AlN) keramika bilan bog'lash qiyinligi sababli, keramika yuzasi odatda interfeysda barqaror o'tish qatlamini hosil qilish uchun-oldindan oksidlanish jarayonini talab qiladi va shu bilan ulanish ishonchliligini oshiradi.

 

 

To'g'ridan-to'g'ri qoplangan mis (DPC) - yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarish jarayonlarini o'z ichiga olgan yangi keramik metallizatsiya texnologiyasi.

 

Bu usul magnetronli püskürtme yoki vakuumli bug'lanish kabi jismoniy bug'larni cho'ktirish (PVD) usullaridan foydalangan holda keramika yuzasida mis urug'i qatlamini shakllantirishdan boshlanadi. Keyinchalik, mis qatlami qalinligini oshirish va yuqori aniqlikdagi sxemani yaratish uchun ekspozitsiya, ishlab chiqish va elektrokaplama kabi jarayonlar qo'llaniladi.

 

DPC texnologiyasi past ishlab chiqarish harorati, yuqori elektron aniqligi va moslashuvchan strukturaviy dizaynga ega. U yuqori-zichlikdagi elektron konnektor konstruksiyalari va elektr komponentlari uchun metalllashtirilgan keramika kabi ilovalar uchun javob beradi.

 

An'anaviy yuqori{0}}haroratli sinterlash usullari bilan solishtirganda, DPC termal ishlov berishning material xususiyatlariga ta'sirini kamaytiradi; shu bilan birga, elektrokaplama jarayoni atrof-muhitni muhofaza qilish bo'yicha qat'iy talablarni talab qiladi va mis qatlamining qalinligi jarayon imkoniyatlari bilan cheklangan.

 

 

Yangi energiya vositalari, aqlli tarmoqlar, energiya saqlash tizimlari va uchinchi avlod yarimoʻtkazgich sanoatining jadal rivojlanishi bilan yuqori issiqlik tarqalishi va yuqori ishonchlilikni taʼminlovchi elektron qadoqlash materiallariga talab ortib bormoqda.

 

Kelajakda alyuminiy nitridli keramik metallizatsiya texnologiyasi yanada ishonchlilik, yuqori aniqlik va ko'p funktsiyali integratsiyaga qarab rivojlanadi. Interfeys tuzilmalarini optimallashtirish, metall o'tish qatlamlari dizaynini takomillashtirish va ishlab chiqarish jarayonini nazorat qilishni kuchaytirish orqali keramika va metall o'rtasidagi bog'lanish kuchini yanada yaxshilash mumkin.

 

Aniq metalllashtirilgan keramika, yuqori-metallizatsiyalangan keramika komponentlari va yuqori-alumina aniqlikdagi ilg‘or keramika metalllash qismlari- kabi ilg‘or keramika metallizatsiya tuzilmalari-elektr yarimo‘tkazgichlari, energiyani saqlash tizimlari, energiyani qayta ishlash elektron tizimlarida muhim asosiy komponentlar bo‘lib xizmat qilmoqda. transport vositalari.

 

Anʼanaviy qalin{0}}plyonka va{1}}qoʻngʻirlash texnikasidan AMB, DBC va DPC kabi ilgʻor texnologik yoʻnalishlarga oʻzgarib, keramika metallizatsiyasi texnologiyasi materiallar chegaralarini doimiy ravishda oshirib, yuqori quvvatli elektron qurilmalar uchun ishonchli va samarali issiqlik boshqaruvi va elektr oʻzaro ulanish yechimlarini taqdim etadi.