Qu’est-ce que la métallisation céramique ?

Surtout avec l'avènement de l'ère 5G, la puissance des puces semi-conductrices ne cesse d'augmenter et la tendance vers une légèreté et une intégration élevée devient de plus en plus évidente. L'importance de la question de la dissipation thermique est également devenue plus importante, ce qui pose sans aucun doute des exigences plus strictes en matière d'emballage des matériaux de dissipation thermique. Parmi eux, les performances de dissipation thermique du composant de boîtier en céramique attirent particulièrement l'attention. Comment faire du bon travail en matière de gestion thermique des puces sera un problème auquel l’industrie devra faire face pendant longtemps.

Dans la structure d'emballage des composants électroniques de puissance, le substrat d'emballage sert de lien clé reliant les parties supérieure et inférieure et maintenant la conductivité des circuits internes et externes. Il a des fonctions telles que la dissipation thermique et le support mécanique. Les performances du composant céramique d'alumine Relay affectent directement les performances globales du substrat d'emballage et font l'objet d'une attention croissante de la part des fabricants.

La céramique, en tant que matériau inorganique non métallique-typique, semble être dans une position complètement opposée à celle des métaux. Cependant, les avantages respectifs des deux sont si importants que les gens ont commencé à penser à combiner la céramique et les métaux pour mettre en valeur leurs atouts individuels et ainsi optimiser les performances du boîtier en céramique à base d'alumine à 95 %. Ainsi, cette technologie est née. Au fil des années, ce sujet a toujours été un sujet populaire et des chercheurs nationaux et étrangers ont mené des recherches approfondies à ce sujet.

Les avantages des matériaux céramiques sont les principales raisons pour lesquelles ils peuvent être utilisés pour fabriquer des céramiques d'alumine métallisées pour les composants électriques : Faible perte de signal - La constante diélectrique des matériaux céramiques eux-mêmes entraîne une perte de signal moindre. Conductivité thermique élevée - La chaleur sur la puce est directement conduite sur la feuille de céramique sans avoir besoin d'une couche isolante, permettant une meilleure dissipation thermique. Coefficient de dilatation thermique plus compatible - Les coefficients de dilatation thermique de la céramique et des puces sont proches, évitant ainsi des déformations importantes et des problèmes tels que le détachement des fils et les contraintes internes en cas de changement drastique de température. Force de liaison élevée - La couche métallique des circuits imprimés en céramique a une force de liaison élevée avec le substrat céramique, atteignant un maximum de 45 MPa (supérieure à la résistance de la feuille de céramique elle-même, qui fait 1 mm d'épaisseur). Température de fonctionnement élevée - Les céramiques peuvent résister à de grandes fluctuations des cycles de température et peuvent même fonctionner normalement à des températures de 500-600 degrés Celsius. Isolation électrique élevée – Les matériaux céramiques eux-mêmes sont des matériaux isolants, capables de résister à des tensions de claquage très élevées.

Lorsque des céramiques sont utilisées dans des circuits, elles doivent d’abord être métallisées. Il s'agit également d'une étape clé dans la préparation de tubes isolants en céramique métallisés métallisant des pièces en céramique, qui consiste à appliquer un mince film métallique sur la surface de la céramique qui est fermement lié à la céramique et ne fond pas facilement. Ce film rend la céramique conductrice. Par la suite, il est connecté à des fils métalliques ou à d’autres couches conductrices métalliques grâce à des techniques de soudage pour former une seule unité.

On peut dire que la qualité de ce processus affectera directement l’effet final de l’emballage et déterminera ainsi la qualité et la durée de vie des céramiques métallisées pour composants électriques.

Les méthodes de préparation courantes comprennent principalement la méthode Mo-Mn, la méthode Mo-Mn activée, la méthode de brasage avec métal actif, la méthode de cuivrage direct (DBC) et la méthode de pulvérisation magnétron. Ces méthodes fournissent un support technique pour la production en série de composants en céramique métallisée à haute résistance.

1. Méthode Mo-Mn :La méthode Mo-Mn est basée sur une formule de métallisation principalement composée de poudre de métal réfractaire Mo, ainsi que d'une petite quantité de Mn à bas-point de fusion-. Un liant est ajouté et appliqué sur la surface de la céramique Al₂O₃, puis fritté pour former une couche métallisée. Il s’agit de l’une des méthodes couramment utilisées pour préparer les composants d’emballage en céramique à un stade précoce. L'inconvénient de la méthode traditionnelle Mo-Mn réside dans sa température de frittage élevée, sa consommation d'énergie élevée et l'absence d'activateur dans la formule, entraînant une faible résistance d'étanchéité.

2. Méthode Mo-Mn activée :La méthode Mo-Mn activée est une amélioration basée sur la méthode traditionnelle Mo-Mn. Les principales orientations de l'amélioration sont : l'ajout d'activateurs et le remplacement de la poudre métallique par des oxydes ou des sels de molybdène et de manganèse. Ces deux types de méthodes d'amélioration visent à réduire la température de métallisation, améliorant ainsi l'efficacité de production des composants en céramique métallisés. L'inconvénient de la méthode Activated Mo-Mn est son processus complexe et son coût élevé. Cependant, il a un fort effet de liaison et peut améliorer considérablement la mouillabilité. Il reste donc le premier procédé inventé et largement appliqué dans la technologie de liaison céramique-métal.

3. Méthode de brasage actif du métal :La méthode de brasage actif avec métal est un autre procédé de scellement céramique-métallique largement utilisé. Elle s'est développée 10 ans plus tard que la méthode Mo-Mn. Sa particularité est qu’il comporte moins de processus. Le scellement de la céramique et du métal peut être réalisé en un seul processus de chauffage, ce qui permet de simplifier le processus de production des composants en céramique d'alumine Relay. L'alliage de brasage contient des éléments actifs tels que Ti, Zr, Hf et Ta. Les éléments actifs ajoutés réagissent avec Al₂O₃, formant une couche de réaction aux propriétés métalliques à l'interface. Cette méthode peut facilement s'adapter à une production à grande échelle-et est relativement simple et économique par rapport au procédé Mo-Mn.

L'inconvénient du procédé de brasage au métal actif réside dans le fait que le matériau de brasage actif est limité à un seul type, ce qui restreint dans une certaine mesure son application. De plus, il ne convient pas à la production continue et ne s'applique qu'à la production à grande échelle-d'une seule pièce-ou à la production en petits-lots de céramiques d'alumine métallisées pour composants électriques.

En tant que nouveau type de matériau, il possède de nombreux avantages uniques. Dans un avenir proche, les matériaux métallisés en céramique brilleront sûrement de mille feux et injecteront une nouvelle vitalité dans le développement de tubes isolants en céramique métallisée et de pièces en céramique métallisées.

En tant que nouveau type de matériau, il possède de nombreux avantages uniques. Dans un avenir proche, les matériaux céramiques métallisés brilleront sûrement de mille feux. NotreComposant de boîtier en céramiqueest développé avec précision sur la base d'une technologie de base mature, caractérisée par une conductivité thermique élevée, une faible perte de communication et une force de liaison élevée, etc. Il convient à plusieurs scénarios tels que le conditionnement de puces 5G et les composants électroniques de puissance, et peut répondre avec précision aux exigences de gestion thermique des puces et de conditionnement à haute -intégration. Il a des performances stables et est compatible avec la production industrielle à grande échelle-.

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