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Quelle technologie permet aux céramiques et aux métaux de réaliser une "combinaison solide" ?

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Quelle technologie permet aux céramiques et aux métaux de réaliser une "combinaison solide" ?

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Les céramiques sont souvent désignées comme des matériaux inorganiques non métalliques. On peut voir que les gens positionnent directement la céramique sur la face opposée du métal. Après tout, les performances de ces deux matériaux sont à part. Mais les avantages des deux sont trop importants, de sorte que dans de nombreux cas, il est nécessaire de combiner la céramique et les métaux, chacun montrant ses points forts, de sorte que la technologie de métallisation de la céramique est née.

Avec l'avènement de l'ère 5G, la puissance des puces à semi-conducteurs ne cesse d'augmenter. La tendance au développement de la légèreté et de la haute intégration devient de plus en plus évidente, et l'importance de la dissipation de la chaleur devient également de plus en plus importante. Cela impose sans aucun doute des exigences plus strictes aux matériaux de dissipation de la chaleur des boîtiers. Dans la structure d'emballage des composants électroniques de puissance, le substrat d'emballage sert de lien clé pour relier les parties supérieures et inférieures et maintenir les circuits internes et externes connectés et a des fonctions telles que la dissipation de la chaleur et le support mécanique. En tant que nouveau matériau d'emballage pour la dissipation de la chaleur des composants électroniques, la céramique présente de nombreux avantages : conductivité thermique élevée, isolation, résistance à la chaleur, solidité et coefficient de dilatation thermique correspondant à la puce, ce qui en fait un matériau de dissipation de la chaleur idéal pour l'emballage des composants électroniques de puissance.

Les céramiques utilisées dans les circuits doivent d'abord être métallisées. Une couche d'un film métallique doit être appliquée à la surface de la céramique. Et pour la rendre conductrice, il faut ensuite la souder avec des fils métalliques ou d'autres couches métalliques conductrices. Pour être connectées et ne faire qu'un.

L'étape la plus importante du processus de scellement céramique-métal est la métallisation, et sa qualité influe sur l'effet de scellement final.

Difficultés à souder les céramiques et les métaux :

1. Le coefficient de dilatation linéaire de la céramique est faible, tandis que celui du métal est relativement important, ce qui provoque des fissures dans les joints. En général, la contrainte thermique de la couche intermédiaire métallique doit être bien gérée.

2. La céramique elle-même a une faible conductivité thermique et une faible résistance aux chocs thermiques. Lors du soudage, il est important de minimiser la température et de contrôler la vitesse de refroidissement après le soudage.

3. La plupart des céramiques ont une faible conductivité ou même une non-conductivité. Il est difficile d'utiliser la soudure électrique.

4. En raison de la coordination électronique stable des matériaux céramiques, la connexion entre le métal et la céramique est peu probable. Nécessité de métalliser les céramiques ou de les braser avec une soudure active.

5. Comme les matériaux céramiques sont principalement des cristaux covalents, ils ne se déforment pas facilement et des fractures fragiles se produisent souvent. Actuellement, la couche intermédiaire est surtout utilisée pour réduire la température de soudage, et la méthode de diffusion indirecte est utilisée pour le soudage.

6. La conception de la structure de la soudure céramique et métallique est différente de celle de la soudure ordinaire. Elle est généralement divisée en structure de joint plat, structure de manchon, structure de joint à broche et structure de joint double. La structure en manchon est la plus efficace et les exigences de production de ces structures de joint sont très élevées.

Le mécanisme de la métallisation de la céramique

Le mécanisme de la métallisation de la céramique est relativement complexe, impliquant plusieurs réactions chimiques et physiques, le flux plastique des substances et le réarrangement des particules. Diverses substances telles que les oxydes et les oxydes non métalliques de la couche métallisée subissent différentes réactions chimiques ainsi que la diffusion et la migration des substances à différents stades de frittage. Lorsque la température augmente, chaque substance réagit pour former un composé intermédiaire, et lorsqu'elle atteint un point de fusion commun, elle forme une phase liquide. La phase liquide vitreuse a une certaine viscosité et produit en même temps un écoulement plastique. Ensuite, les particules se réarrangent sous l'action du capillaire. Poussés par l'énergie, les atomes ou les molécules subissent une diffusion et une migration, les grains de cristal se développent, les pores se rétrécissent et disparaissent progressivement, et la couche de métallisation est densifiée.

Le processus de métallisation de la céramique

1. Prétraitement du substrat

2. Préparation de la boue de métallisation

3. Enrobage et séchage.

4. Traitement thermique

La méthode spécifique de métallisation de la céramique

1. Méthode Mo-Mn

2. Activation de la méthode Mo-Mn

3. Brasage actif des métaux

4. Cuivre lié directement (DBC)

5. Pulvérisation magnétron

Facteurs d'influence de la métallisation de la céramique

1. Formule de métallisation

2. Température de métallisation et temps de maintien

3. Microstructure de la couche de métallisation

4. Autres facteurs