Con la potencia creciente de los chips de semiconductores, la tendencia de desarrollo de peso ligero y alta integración se está volviendo cada vez más obvia, y la importancia de la disipación de calor se ha convertido en un caso significativo, que sin duda presenta requisitos más estrictos para empacar materiales de disipación de calor. Como un nuevo material de disipación de calor con alta conductividad térmica, la cerámica tiene una alta conductividad térmica, aislamiento, resistencia al calor, resistencia mecánica y un coeficiente de expansión térmica que coincide con el chip, y tiene ventajas prominentes en el campo de los componentes electrónicos de alta potencia empaquetado y disipación de calor. La metalización de la superficie cerámica es un enlace importante para la aplicación práctica de sustratos de cerámica en el campo del envasado electrónico de potencia, y la calidad de la capa de metalización afectará directamente la confiabilidad y la vida útil de los componentes electrónicos de potencia.

1 estado actual

1.1 Mecanismo de metalización

La microestructura dentro de la cerámica es completamente diferente de la del metal, y es difícil para los dos reaccionar, lo que dificulta que el metal forme humectación efectiva en la superficie de la cerámica; Al mismo tiempo, el metal no es fácil de difundir de manera efectiva en la superficie de la cerámica, y los dos son difíciles de una solución sólida; El coeficiente de expansión térmica y la conductividad térmica de los dos materiales son demasiado diferentes de las de la cerámica, lo que resulta en una gran tensión residual en la superficie articular de los dos materiales durante el proceso de metalización. Por lo tanto, cuando la superficie cerámica se metaliza, la capa de transición en la interfaz entre los dos se ha convertido en el foco de varios fabricantes.

Actualmente, los métodos principales:

a. El elemento activo tiene un mecanismo de unión fuerte con los átomos de las capas cerámicas y conductivas, respectivamente.

b. Varios tipos de vacantes en la capa de transición y el mecanismo de interacción de los electrones.

C. El mecanismo de migración de la fase de vidrio bajo fuerza capilar, principalmente el método MO/MN

d. El mecanismo de disolución de átomos metálicos, el proceso actualmente encarnado, está recubierto con capa de plata en la superficie de la cerámica Al2O3 por impresión de pantalla.

1.2 Estructura organizacional

La investigación actual se centra principalmente en utilizar diferentes métodos de metalización para estudiar la relación entre la microestructura de la capa de transición y las propiedades físicas de la capa de metalización bajo los parámetros del proceso especificados. A través de la investigación, se encuentra que la capa de transición generalmente se compone de la capa de reacción, mesofase, estructura eutéctica y compuestos intermetálicos, etc. La morfología y la distribución de estas microestructuras a menudo determinan las propiedades físicas de la capa de transición (fuerza de adhesión, humectabilidad, dieléctrica, dieléctrica, dieléctrica constante eléctrica, confiabilidad, etc.)

1.3 Propiedades físicas

Las propiedades físicas confiables son un requisito previo para que la cerámica metalizada sea térmicamente conductiva en componentes electrónicos de potencia. En la actualidad, la investigación sobre las propiedades físicas de las capas de metalización incluye principalmente los siguientes aspectos:

1) resistencia a la tracción (fuerza de unión o fuerza de adhesión del metal y las partes cerámicas;

2) Estabilidad térmica, constante dieléctrica y resistencia a la superficie después de la metalización

3) Propiedades eléctricas de dispositivos electrónicos (coeficiente no lineal, voltaje de varistores, corriente de fuga) y propiedades mecánicas, etc.

1.4 Nueva tecnología y método

Con la aplicación creciente del sustrato cerámico, la tecnología de metalización se ha desarrollado aún más, y se han surgido varios métodos nuevos según lo requieran los tiempos, como el enchapado de aluminio en caliente, el enchapado de electrodomésticos, el enchapado de vibración, etc. En los últimos años, en vista de las desventajas de la alta temperatura de funcionamiento, el proceso complejo, el ciclo largo, el alto costo y la gran contaminación ambiental en los procesos de metalización tradicionales, han surgido algunos conceptos nuevos de métodos de metalización verde, como el uso de pistolas por pulverización para emitir metal. partículas y hacer metal las partículas chocan con la superficie cerámica a alta velocidad, transfiriendo así la energía cinética a

El calor de la formación proporciona la energía necesaria para la combinación de metal y cerámica, y finalmente realiza la metalización en la superficie de la cerámica, o mediante el uso de equipos de peinamiento de disparos de asistencia ultrasónica, una capa de polvo Cu-W-W se depositó previamente En la superficie de Al2O3, y luego se realiza el peening. Finalmente, se forma una capa de metalización compuesta Cu-Ni-W con buena fuerza de unión en la superficie cerámica, etc.

2 tendencia de desarrollo

La aplicación a gran escala de componentes electrónicos de potencia ha llevado al advenimiento de la cerámica como un buen proceso de metalización del material de disipación de calor. Con el rápido desarrollo de la tecnología electrónica, los investigadores también han profundizado su investigación sobre la metalización de la superficie cerámica. Como se mencionó anteriormente, la investigación actual sobre la metalización de la cerámica se centra principalmente en propiedades físicas, microestructura, mecanismo de metalización, nueva tecnología y popularización y aplicación.

En la actualidad, hay dos formas principales de realizar la conexión entre cerámica y metal. Una forma es conectar a los dos en estado sólido, como deposición directa de cobre, deposición directa de aluminio, método de película gruesa, etc. Sin embargo, resulta que no hay muchos metales que puedan combinarse directamente con una cerámica específica, y a menudo es necesario introducir otros elementos en la interfaz entre los dos o lograr la unión en condiciones extremadamente duras. Otra forma es formar primero una película metalizada en la superficie cerámica como una capa de transición para cambiar la morfología de la superficie y la microestructura de la cerámica para prepararse para la metalización final de la superficie cerámica, como la deposición física de vapor, la espera de deposición de vapor químico. La esencia del método anterior es realizar la combinación de cerámica y metal estableciendo y controlando varios parámetros de proceso y condiciones experimentales para aumentar la humectabilidad del metal a la superficie cerámica. Aunque estos dos métodos cumplen con la aplicación práctica de componentes electrónicos de potencia en gran medida, también tienen deficiencias que no pueden ignorarse. El proceso de metalización tradicional a menudo tiene altos requisitos sobre la temperatura de funcionamiento, y el proceso es complicado, a veces incluso bajo la protección del vacío o el gas inerte.

Solo se puede completar bajo la protección, lo que hace que el proceso de metalización sea más lento y el costo aumenta en gran medida. Y en el proceso de producción real, se producirá una gran cantidad de sustancias dañinas, lo que no es propicio para la protección del medio ambiente. Además, estos dos métodos también formarán una gran tensión residual en la superficie de unión del metal y la cerámica, lo cual es fácil de causar grietas de interfaz e incluso formar microgrietas en la superficie de la cerámica. Por lo tanto, explorar e innovar nuevas técnicas y métodos de metalización cerámica será otra importante dirección de investigación de la metalización cerámica.