Обзор основных процессов металлизации и применения керамических теплоотводящих подложек

По мере развития электронных технологий в направлении более высокой плотности мощности, более высокой частоты и миниатюризации управление температурным режимом стало основным фактором, ограничивающим производительность и надежность системы. Керамические подложки, обладающие превосходной теплопроводностью, электроизоляцией, устойчивостью к высоким-температурам и характеристиками соответствия тепловому расширению, стали важнейшими носителями для силовых полупроводников и высококачественной-электронной упаковки. Особенно при поддержке таких ключевых процессов, как металлизация алюминия, керамические материалы могут превращаться из изолирующих сред в высоконадежные электрические межсоединяющие конструкции, играющие фундаментальную роль в современных электронных системах.

 

После спекания керамические подложки должны подвергнуться металлизации для создания проводящего слоя, обеспечивающего электрические соединения между чипом и внешними цепями. Современные основные технологии можно разделить на две основные категории: плоская металлизация и трехмерная-металлизация совмещенным-обжигом. Среди них процесс металлизации алюминиевой керамики создал зрелую основу для применения в силовой электронике, коммуникационном оборудовании и транспортных средствах на новой энергии.

 

 

 

Плоские керамические подложки обычно образуют проводящие слои на двумерных поверхностях с помощью таких методов, как напыление, испарение, гальваническое или химическое покрытие. Этот процесс является зрелым, экономически-эффективным и подходит для массового производства, что делает его основным решением в области металлизированной керамики для электротехники.

 

1. Процесс DPC (керамика с прямым покрытием)

Технология ЦОД, основанная на микрообработке полупроводников, обеспечивает высокую-точность изготовления схем за счет напыления затравочных слоев, фотолитографического переноса рисунка и утолщения гальванического покрытия. Эта технология позволяет получать тонкие линии на уровне 20–30 мкм, обеспечивая чрезвычайно высокое разрешение рисунка и точность выравнивания. Одновременно в нем используются низко-температурные процессы, позволяющие эффективно избежать воздействия термического напряжения на структуру материала.

 

DPC особенно подходит для упаковки с высокой-интеграцией, такой как упаковка светодиодов, микроэлектронные устройства и модули межсоединений высокой-плотности, и является одним из ключевых технологических путей к созданию прецизионной металлизированной керамики. Однако толщина его металлического слоя ограничена, контроль однородности гальванического покрытия затруднен, а к стабильности процесса предъявляются высокие требования.

 

2. Процесс DBC (прямая медно-керамическая технология).

Процесс DBC обеспечивает металлургическую связь между медью и керамикой посредством эвтектической реакции при высоких температурах, что приводит к чрезвычайно высокой прочности соединения и превосходной теплопроводности. Толщина медного слоя варьируется в широком диапазоне (120–700 мкм), что отвечает требованиям передачи больших токов и делает его одним из наиболее зрелых решений для упаковки силовых устройств.

 

Эта технология широко используется в модулях IGBT, устройствах питания и других областях, представляя собой типичное применение металлизированной глиноземной керамики для электрических компонентов. Однако его точность определения ширины линии относительно низкая, а на надежность могут влиять межфазные микропоры в условиях термоциклирования, что ограничивает его применение в высокоточной-упаковке.

 

3. Процесс AMB (активное соединение металлов).

Технология AMB использует припой, содержащий активные элементы, такие как Ti, для достижения прочного межфазного соединения между керамикой и металлом при средних и высоких температурах, эффективно уменьшая проблемы напряжения, вызванные несоответствием теплового расширения. По сравнению с традиционным DBC он демонстрирует превосходную надежность в условиях высоких-циклических температур.

 

Этот процесс подходит для рабочих сред с высокой плотностью мощности и-высокой температурой, например, для силовых модулей транспортных средств на новой энергии и корпусов полупроводниковых устройств третьего-поколения, и является важным направлением разработки высокопрочных-металлизированных керамических компонентов. Однако он предъявляет высокие требования к технологической среде (вакуум или защитная атмосфера) и системе материалов, что приводит к относительно высоким затратам.

 

 

 

По мере того как структуры упаковки развиваются в сторону трехмерной интеграции, трехмерные керамические подложки с полыми структурами и возможностью много-межслойного соединения постепенно становятся важными носителями для упаковки высокого-класса. В этом типе технологии в качестве сердечника используется керамика совместного-обжига, что обеспечивает высокую-плотность проводки и герметичную упаковку, а также широко используется в электронных системах высокой-надежности.

 

1. HTCC (керамика высокотемпературного-ко-обжига)

В HTCC используются металлические пасты с высокой-точкой-плавления (например, вольфрам и молибден) и керамические материалы, -совместно -обжигаемые при температуре выше 1500 градусов для формирования целостной структуры. Он обладает превосходной механической прочностью и устойчивостью к высоким-температурам, что делает его пригодным для изготовления электронных корпусов в экстремальных условиях.

 

Эта технология широко используется в военных, аэрокосмических и мощных-модулях и представляет собой типичное решение для металлизированных керамических корпусов для силовых полупроводников. Однако стоимость его производства высока, а проводимость относительно ограничена, что делает его непригодным для прецизионных высокочастотных цепей.

 

2. LTCC (керамика низкотемпературного-совместного-обжига)

В LTCC используется низко-система спекания материалов (<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.

 

В сфере связи 5G, радиолокационных системах и высокочастотных-модулях LTCC стал одним из основных решений, широко используемых в металлизированной глиноземной керамике для электронных приложений. Его недостатком является то, что его механическая прочность и теплопроводность несколько ниже, чем у систем HTCC.

 

 

С точки зрения применения каждый из различных процессов металлизации имеет свои преимущества:

 

ЦОД: Высокоточная миниатюрная упаковка → Микроэлектроника, светодиоды

DBC: Высокая теплопроводность, большой ток → Силовые модули, IGBT

AMB: Высокая надежность, цикличность при высоких-температурах → Транспортные средства на новых источниках энергии, устройства SiC/GaN

HTCC: Высокая прочность, устойчивость к высоким температурам → Военные и экстремальные условия

LTCC: высокая частота, высокая степень интеграции → Связь и высокоскоростная-электроника

 

В практическом проектировании необходимо провести комплексный процесс выбора с учетом требований к теплопроводности, номинального тока, плотности упаковки и стоимости для достижения оптимального соответствия характеристик. Эти технологии в совокупности составляют основную технологическую систему металлизированной керамики для электрических компонентов.

 

 

 

Дальнейшее развитие технологии металлизации керамики будет сосредоточено на следующих направлениях:

 

Более высокая теплопроводность (для устройств SiC/GaN)

Более высокая точность проводки (микронный-уровень или даже нанометровый-уровень)

Композиты из нескольких-материалов (высококачественная-керамика, такая как AlN и Si₃N₄)

Трех-интеграция и система-в-пакете (SiP)

 

В то же время возможности прецизионной обработки и структурной оптимизации, связанные с глиноземной металлизированной керамикой, станут решающим конкурентным преимуществом в повышении добавленной стоимости продукции.

 

 

Как профессиональный производитель, мы специализируемся на прецизионной обработке деталей из глиноземной керамики и высоконадежных-решениях для металлизации, стремясь предоставить клиентам комплексную поддержку от выбора материала и проектирования конструкции до реализации металлизации. Наша продукция включает в себя металлизированные керамические изоляционные трубки,Металлизация керамических деталей, высокоточные-конструкционные компоненты и индивидуальные упаковочные материалы, широко используемые в области новой энергетики, силовой электроники и высокотехнологичного-оборудования.

 

Используя нашу развитую технологическую систему и стабильные производственные возможности, мы можем предоставить металлизированную глиноземную керамику для склеивания и различные типы функциональных керамических компонентов, которые отвечают строгим требованиям применения, помогая клиентам достичь более высокой производительности и более высокой надежности решений для системной интеграции.