Quand la céramique rencontre les métaux : une révolution matérielle s’étalant sur des milliers d’années

La différence des coefficients de dilatation thermique entre la céramique et les métaux peut atteindre 3-5 fois. Par exemple, le coefficient de dilatation thermique de la céramique d'alumine est de 8×10⁻⁶/degré, tandis que celui de l'acier inoxydable est de 17×10⁻⁶/degré. Si ces deux matériaux sont directement soudés ensemble, cela provoquera des fissures de contrainte mortelles. Cependant, la technologie de métallisation de la céramique utilise la stratégie de base de « mise en tampon de couche intermédiaire », comme la « plantation » d'une couche de forêt métallique sur la surface de la céramique, qui fournit une base structurelle fiable pour un composant de boîtier en céramique haute performance. Cela conserve non seulement complètement les excellentes propriétés de la céramique elle-même, mais lui confère également la capacité de se lier aux métaux. En prenant le brasage métallique actif (AMB) comme exemple, l'élément en titane ajouté dans le processus peut réagir avec la céramique à 600 degrés pour former une couche de transition TiO₂, augmentant la force de liaison entre la céramique et le métal jusqu'à plus de 65 N/cm².

Au cours du processus de passage de la technologie des céramiques métallisées du laboratoire à l’application industrielle, elle a rencontré de nombreux problèmes pratiques. Par exemple, un important fabricant d'IGBT a rencontré un problème où la porosité de la couche de cuivre du substrat DBC dépassait la norme, ce qui entraînait un taux d'éclatement de 17 % pour le module de puissance lors des tests cycliques de -40 à 150 degrés. Ce problème a directement révélé les défauts fatals du processus traditionnel. Le processus traditionnel de frittage de molybdène-manganèse doit être effectué dans un environnement de four à hydrogène, ce qui augmente le coût global de 40 %. De plus, la méthode de cuivrage direct présente le problème d'une précision de circuit insuffisante, ce qui rend difficile le contrôle de la largeur de ligne dans les 100 μm. Les deux procédés ont leurs propres inconvénients, qui sont devenus des obstacles importants à la mise en œuvre de la technologie.

Métallisation au niveau nanométrique : "Grève de réduction dimensionnelle"
La métallisation au niveau nanométrique-est devenue une tendance de développement importante dans la technologie de métallisation céramique. La technologie jet d'encre argent à l'échelle nanométrique développée par l'équipe du MIT permet d'obtenir un traitement fin avec une largeur de ligne de 5 μm sur des céramiques de zircone, réduisant ainsi la taille des capteurs MEMS de 70 % et réalisant une avancée majeure dans la miniaturisation des produits. En termes de contrôle des coûts, les laboratoires nationaux concernés ont également réalisé des progrès importants, atteignant un coût de revêtement par mètre carré inférieur à 300 yuans, et la technologie associée est sur le point d'entrer dans la phase de production de masse, jetant ainsi les bases de l'application industrielle de la métallisation au niveau nanométrique.

Révolution de l'optimisation des processus basée sur l'IA-
La combinaison de la technologie de l’intelligence artificielle et du processus Ceramic to Metal a déclenché une révolution dans l’optimisation des processus. Les entreprises concernées, grâce à la technologie d'apprentissage automatique, peuvent prédire avec précision la répartition des contraintes des couches de cuivre sur les substrats DBC, réduisant ainsi considérablement le cycle d'essai-et-d'erreur de 2 mois à 3 jours, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la recherche et du développement des processus. Certaines entreprises ont également introduit des systèmes de jumeaux numériques pour simuler et optimiser l'ensemble du processus de soudage AMB, réduisant ainsi le taux de défauts du soudage AMB de 5 % à 0,8 %, améliorant ainsi considérablement le rendement du produit. L’application de la technologie de l’IA est devenue le principal moteur de la mise à niveau de ces processus.

Fabrication verte : « Course à la vie et à la mort »
La fabrication verte est devenue la direction incontournable du développement de la technologie de métallisation céramique. Le coût du traitement des eaux usées des procédés de galvanoplastie traditionnels représente 22 % du coût total. La pression de la protection de l'environnement et des coûts est concomitante, et la technologie d'évaporation sous vide a résolu efficacement ce problème, réduisant les rejets d'eaux usées de 87 % et présentant à la fois un respect de l'environnement et des avantages économiques. Au niveau politique, l'UE a également introduit des réglementations pertinentes, stipulant clairement qu'à partir de 2027, les processus de métallisation respectueux de l'environnement seront obligatoires, ce qui signifie que la fabrication verte n'est pas seulement un choix de mise à niveau technologique mais aussi une exigence inévitable conformément à l'orientation politique de l'industrie. Les entreprises concernées accélèrent la recherche et la mise en œuvre de processus de développement respectueux de l'environnement.

La céramique métallisée n'est jamais simplement la simple combinaison de céramique et de métaux ; il s'agit plutôt d'un « sport extrême » dans le domaine de la science des matériaux, avec des normes extrêmement élevées en matière de précision technique et d'exigences de processus. Lorsque les ingénieurs observent les réactions d’interface à l’échelle nanométrique à l’aide d’un microscope électronique, ils voient non seulement la disposition atomique dans le monde microscopique, mais aussi les possibilités illimitées de cette technologie dans le monde commercial. Dans ce domaine de la fabrication haut de gamme, les vrais gagnants sont toujours ces « alchimistes interdisciplinaires » qui non seulement comprennent profondément les propriétés des matériaux eux-mêmes, peuvent réaliser des percées dans les technologies de base, mais sont également familiers avec le code commercial et peuvent achever la mise en œuvre de l'industrialisation de la technologie. Ce n'est qu'en adhérant au long-termisme de la croyance technologique que l'on peut prendre pied solidement dans le développement de l'industrie.

S'appuyant sur un système de processus mature et des normes strictes de contrôle de qualité, leComposant de boîtier en céramiqueque nous avons lancés peuvent parfaitement s'adapter à des scénarios tels qu'un emballage de haute-précision, une isolation à haute-température et des connexions à haute-fiabilité. Il répond efficacement aux problèmes de l'industrie tels que la fissuration sous contrainte à la jonction de la céramique et des métaux, une précision insuffisante et des coûts environnementaux élevés. Il combine des performances stables avec des-capacités de production à grande échelle, fournissant des solutions de composants d'emballage fiables pour les domaines-de l'électronique haut de gamme, des nouvelles énergies et de la détection de précision.

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