De groeiende vraag naar elektronische verpakkingen met hoog-vermogen stimuleert voortdurende upgrades van keramische substraten en metallisatietechnologieën.

Gedreven door de snelle ontwikkeling van sectoren zoals nieuwe energievoertuigen, slimme netwerken, industriële stroomvoorzieningen, AI-servers en de ruimtevaart, evolueren elektrische halfgeleiderapparaten naar hogere spanningen, hogere stromen, hogere vermogensdichtheden en miniaturisatie. De aanzienlijke hitte die wordt gegenereerd tijdens de werking van het apparaat stelt strenge eisen aan de warmteafvoercapaciteiten, de structurele betrouwbaarheid en de stabiliteit op lange- termijn van verpakkingsmaterialen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Als cruciale basismaterialen die chips, circuits en thermische beheersystemen met elkaar verbinden, zijn keramische substraten voor elektronische verpakkingen uitgegroeid tot een belangrijke oplossing op het gebied van de verpakking van elektronische apparaten met hoog-vermogen, dankzij hun hoge thermische geleidbaarheid, uitstekende isolatie-eigenschappen en robuuste mechanische stabiliteit.

 

Hoewel traditionele FR-4 epoxy-glasvezelsubstraten en metaal-gebaseerde substraten kostenvoordelen bieden, maken hun beperkte thermische geleidbaarheid en relatief hoge thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) ze ongeschikt voor toepassingen met hoge- temperaturen en hoog vermogen. Keramische materialen hebben daarentegen een CTE die nauw aansluit bij die van halfgeleidermaterialen en behouden stabiele prestaties in complexe omgevingen; Daarom worden ze veel gebruikt in voedingsmodules, LED's, IGBT's, SiC-apparaten en elektrische aandrijfsystemen voor nieuwe energievoertuigen.

 

Tot de gangbare materialen voor keramische substraten met een hoge-thermische- geleidbaarheid behoren momenteel aluminiumoxide (Al₂O₃), siliciumcarbide (SiC), aluminiumnitride (AlN) en siliciumnitride (Si₃N₄). Hiervan valt aluminiumoxide-keramiek-gekenmerkt door volwassen productieprocessen en lage kosten- op als een van de meest gebruikte basismaterialen in elektronische verpakkingen. Gemetalliseerde aluminiumoxide-keramiek, geproduceerd via geavanceerde verwerkingstechnieken, biedt verbeterde geleidende connectiviteit en voldoet daarmee aan de vereisten voor montage van elektronische componenten en circuitsignaaloverdracht.

 

Naarmate de prestaties van elektrische apparaten blijven verbeteren, verschuift de verwerking van hoog-zuivere aluminiumoxidematerialen naar hogere precisie. Hoog{2}}precies gemetalliseerde keramische componenten van aluminiumoxide-vervaardigd door nauwkeurig vormen, sinteren en oppervlaktemetallisatie-maken structurele ontwerpen mogelijk die superieure isolatie en betrouwbaarheid bieden, waardoor ze ideaal zijn voor veeleisende elektronische componenten en industriële toepassingen.

 

Op het gebied van krachtige -vermogensmodules heeft keramiek van aluminiumnitride (AlN) veel aandacht gekregen vanwege hun hoge thermische geleidbaarheid, lage diëlektrische constante en uitstekende elektrische eigenschappen. Hun thermische geleidbaarheid wordt voornamelijk beïnvloed door factoren zoals roosterdefecten, zuurstofgehalte en het sinterproces.

 

Door materiaalformuleringen en productieworkflows te optimaliseren, kunnen interne defecten worden geminimaliseerd en de efficiëntie van het thermische beheer worden verbeterd, waardoor deze materialen steeds geschikter worden voor- krachtige elektronische verpakkingstoepassingen. Siliciumcarbide (SiC)-keramiek vertoont een aanzienlijk potentieel in extreme werkomgevingen vanwege hun hoge sterkte, hoge hittebestendigheid en uitstekende thermische geleidbaarheid. Hun complexe kristalroosterstructuur stelt echter strenge eisen aan materiaalzuiverheid, sinteromstandigheden en microstructurele controle. Toekomstige ontwikkelingen-met name de optimalisatie van de korrelstructuur en de vermindering van onzuiverheden-gerelateerde defecten-beloven de algehele prestaties van SiC-keramische substraten verder te verbeteren.

 

De afgelopen jaren is siliciumnitride (Si₃N₄)-keramiek naar voren gekomen als een belangrijk ontwikkelingsgebied voor hoog-betrouwbare voedingsmodules. Vergeleken met traditionele keramische materialen bieden ze superieure mechanische sterkte en breuktaaiheid, waardoor stress veroorzaakt door mismatches in thermische uitzetting tijdens thermische cycli effectief wordt verminderd. Als gevolg hiervan worden gemetalliseerde keramische componenten met hoge-sterkte steeds vaker gebruikt in omvormers voor nieuwe energievoertuigen, hoog-stroommodules en zeer-betrouwbare elektronische systemen.

 

Keramische materialen zijn inherent isolerend; Om elektrische verbindingen en montage van componenten te vergemakkelijken, moet daarom een ​​metalen circuitlaag worden gevormd via oppervlaktebehandeling-een proces dat bekend staat als keramische metallisatie. Door een stabiele, goed-hechtende metaallaag op het keramische oppervlak te creëren, zorgt de metallisatietechnologie voor een betrouwbare verbinding tussen het keramiek en het metaal, waardoor het een cruciaal proces wordt in de productie van elektronische verpakkingen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Momenteel omvatten volwassen keramische metallisatieprocessen in de industrie Direct Plated Copper (DPC), Direct Bonded Copper (DBC), Active Metal Brazing (AMB), Laser Activated Metallization (LAM) en Thick-film Printed Copper (TPC).

 

Het DPC-proces maakt gebruik van sputteren, galvaniseren en fotolithografie om fijne metalen circuits te vormen; het wordt gekenmerkt door een hoge circuitprecisie en uitstekende hechtingsprestaties, waardoor het geschikt is voor elektronische verpakkingen met hoge- dichtheid. Vanwege de hoge investeringskosten voor apparatuur en beperkingen op de dikte van de koperlaag, is de toepassing ervan echter voornamelijk geconcentreerd op het gebied van elektronische precisie-apparaten.

 

Het DBC-proces zorgt voor binding tussen koperfolie en keramiek via een koper-zuurstof-eutectische reactie, wat voordelen biedt zoals procesrijpheid en hoge draagkracht-. Hoewel het op grote schaal wordt gebruikt in de verpakking van voedingsmodules, kan het verschil in thermische uitzettingscoëfficiënten tussen koper en keramiek leiden tot thermische spanning tijdens thermische cycli op lange termijn, waardoor verdere verbeteringen in de betrouwbaarheid noodzakelijk zijn.

 

Het AMB-proces maakt gebruik van actief metaalsoldeer om de hechting tussen de keramische en de koperlaag te verbeteren, wat uitstekende stabiliteit aantoont in omgevingen met hoge- temperaturen en hoge- energie. Met de ontwikkeling van 800V hoog{4}}hoogspanningsplatforms voor nieuwe energievoertuigen zijn AMB-Si₃N₄ keramische substraten steeds meer de voorkeurskeuze geworden voor hoogwaardige- vermogensmodules. Componenten voor hoog-spanningstoepassingen-zoals keramische behuizingen voor HVDC-magneetschakelaars-stellen steeds strengere eisen aan het isolatievermogen, de mechanische sterkte en hittebestendigheid van keramische materialen.

 

Naast de traditionele metallisatiemethoden krijgen nieuwe laser-ondersteunde metallisatietechnologieën steeds meer aandacht. Dit proces maakt gebruik van lasers om het keramische oppervlak te modificeren, waardoor de selectieve afzetting van metaal mogelijk wordt om circuits te vormen; het biedt voordelen zoals hoge verwerkingsprecisie en ontwerpflexibiliteit. Keramische metallisatietechnologie staat klaar om zijn toepassingsbereik uit te breiden in de toekomstige productie van elektronische precisiecomponenten.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gedreven door de groei van nieuwe energievoertuigen, energieopslagsystemen en slimme energieapparatuur, breiden de toepassingsscenario's voor gemetalliseerde keramische producten zich voortdurend uit. Gemetalliseerde keramische behuizingen voor vermogenshalfgeleiders zorgen bijvoorbeeld voor een stabiele verpakkingsomgeving, waardoor de hitte- en spanningsbestendigheid van de apparaten wordt verbeterd. Op dezelfde manier worden gemetalliseerde keramische isolatiebuizen veel gebruikt in hoogspanningsisolatiestructuren, die zowel elektrische isolatie als mechanische ondersteuningsfuncties vervullen.

 

Trends in de sector geven aan dat keramische substraten voor elektronische verpakkingen zullen evolueren naar een hogere thermische geleidbaarheid, sterkte en betrouwbaarheid, naast een grotere nauwkeurigheid. Aan de ene kant zal materiaalonderzoek keramische systemen -zoals aluminiumoxide, aluminiumnitride en siliciumnitride verder optimaliseren- om de mogelijkheden voor thermisch beheer te verbeteren. Aan de andere kant zullen metallisatieprocessen de circuitprecisie, hechtsterkte en productie-efficiëntie blijven verbeteren.

 

Gevoed door de snelle uitbreiding van nieuwe energievoertuigen, industriële controlesystemen, datacentervoedingen en opslagapparatuur voor hernieuwbare energie, zal nauwkeurig gemetalliseerd keramiek een essentieel onderdeel worden van geavanceerde elektronische verpakkingen. Het optimaliseren van keramische-naar-metaalverbindingstechnologieën om zeer betrouwbare verbindingen te garanderen, zal helpen voldoen aan de toekomstige vraag naar veiligheid en stabiliteit in elektronische apparaten met hoog-vermogen.

 

Vooruitkijkend moet de industrie doorgaan met het realiseren van doorbraken op het gebied van sleuteltechnologieën,-waaronder de bereiding van keramiek met een hoge-thermische-waarde, sinteren met lage-defecten, zeer-precieze circuitpatronen en milieu-vriendelijke metallisatieprocessen. Geavanceerde producten zoalsgemetalliseerde aluminiumoxide-keramiek voor elektrische componentenrichting hogere prestaties en bredere toepassingsgebieden zullen de betrouwbare basismaterialen leveren die nodig zijn voor de volgende- generatie vermogenselektronicasystemen.