تكنولوجيا

الركيزة السيراميكية تشير إلى لوحة عملية خاصة حيث يتم ربط رقائق النحاس بدرجة حرارة عالية جدا مباشرة بالسطح (من جانب واحد أو مزدوج) من Al₂أ₃ أو الركيزة السيراميكية AlN. الركيزة المركبة الرقيقة جداً المصنوعة لها خصائص عزل كهربائي ممتازة ، وموصلية حرارية عالية ، وقابلية لحام ممتازة وقوة الالتصاق العالية ، ويمكن حفرها في أنماط مختلفة مثل لوحة PCB ، ولها قدرة كبيرة على حمل التيار. لذلك ، أصبحت الركائز السيراميكية المادة الأساسية لتكنولوجيا هيكل الدائرة الإلكترونية عالية الطاقة وتكنولوجيا الترابط.

تويوتا بريوس’ الجيل الأول من IGBT يموت وحل التبريد المائي السفلي الركيزة السيراميكية.

الركيزة السيراميكية تجلب التطور الجديد لصناعة تطبيقات تبديد الحرارة. بسبب خصائص تبديد الحرارة وميزة تبديد الحرارة العالية ومقاومة الحرارة المنخفضة واستخدام الوقت الطويل وتحمل الجهد ، مع تحسين التقنية وتحسين المعدات والترشيد المتسارع لسعر المنتج ، يتم توسيع منطقة التطبيق في صناعة LED ، مثل ضوء المؤشر للمنتجات المنزلية ومصابيح السيارات ومصابيح الشارع واللوحات الإعلانية الكبيرة في الهواء الطلق إلخ. يوفر التطوير الناجح لركائز السيراميك خدمات أفضل لمنتجات الإضاءة الداخلية والإضاءة في الهواء الطلق ، ويوسع مناطق السوق المستقبلية لصناعة LED.

مواصفات

• ضغط ميكانيكي قوي، شكل مستقر؛ قوة عالية، موصلة حرارية عالية، عزل عالية؛ قوة ربط قوية، مضادة للتآكل.
• أداء دورة حرارية جيدة ، مع ما يصل إلى 50،000 دورة ، موثوقية عالية
• يمكن القيام بحفر الرسومات عليه ، وهذا هو نفس لوحة PCB أو (IMS الركيزة) ، لا تلوث ولا ضار
• درجة حرارة الاستخدام: -55 ℃ -850 ℃ ؛ معامل التوسع الحراري قريب من السيليكون ، يبسط عملية إنتاج وحدة الطاقة

نوع

Ⅰ. تقسيم على المواد

1. أكسيد الألومنيوم (Al)₂أ₃)

آل₂أ₃ الركيزة هي المادة الأساسية الأكثر شيوعا في صناعة الكهرباء. في مسألة الأداء الميكانيكي والحراري والكهربائي ، مقارنة مع معظم السيراميك الأكسيد الأخرى ، Al₂أ₃ الركيزة لديها قوة عالية واستقرار كيميائي، وبسبب وفرة مصدر المواد الخام، يمكن استخدامها لمختلف التصنيع التقني ويمكن أن تصنع كأشكال مختلفة. بعض منتجات ال₂أ₃ الركائز يمكن أن تقبل ثلاثية الأبعاد مخصصة.

2. أكسيد البريليوم (BeO)

ولها موصلات حرارية أعلى من الألومنيوم، ويستخدم في التطبيقات التي تتطلب موصلات حرارية عالية. ولكن عندما تكون درجة الحرارة أكثر من 300 ℃ ، تنخفض الموصلات الحراري بسرعة. والأهم من ذلك هو أن سميته تحد من تطورها.

المكون الرئيسي للسيراميك من أكسيد البيريليوم هو BeO. يستخدم بشكل رئيسي لركيزة كهربائية متكاملة على نطاق واسع ، وأنبوب ليزر غاز قوة كبيرة ، وإسكان المشعاع للترانزستور ، ونافذة انتاج الميكروويف ومسؤول النيوترونات إلخ.

بيو النقي ينتمي إلى نظام الكريستال المكعب. كثافتها هي 3.03g / cm3 ، ونقطة الذوبان هي 2570 ℃. لديها موصلات حرارية عالية، تقريبا مساوية للنحاس والألومنيوم النقي. معامل التوصيل الحراري λ هو 200-250W / (م.ك). بالإضافة إلى ذلك ، لديها مقاومة جيدة للصدمة الحرارية ، وثابتها العازلة هي 6 ~ 7 (0.1 ميغاهرتز). القيمة الملموسة لزاوية الخسارة المتوسطة هي حوالي 4 × 10-4 (0.1 جيجاهرتز). السمية العالية للمسحوق هي أكبر عيب ، مما يجعل من الصعب شفاء جروح الاتصال. إنه مصنوع من مسحوق أكسيد البيريليوم مع الألومنيا وغيرها من المكونات عن طريق التخمير بدرجة حرارة عالية. هناك حاجة إلى تدابير حماية جيدة لإنتاج السيراميك. يزيد تقلب أكسيد البيريليوم في وسائط درجات الحرارة العالية التي تحتوي على بخار الماء. يبدأ التذبذب عند 1000 درجة مئوية ، ويتزايد كمية التذبذب مع زيادة درجة الحرارة ، مما يجلب صعوبات الإنتاج. بعض الدول لم تعد تنتجه. ولكن أداء الإنتاج ممتاز ، على الرغم من أن السعر أعلى ، إلا أنه لا يزال هناك كمية كبيرة مطلوبة.

3. نيتريد الألومنيوم (AlN)

بالنسبة لـ AIN نحتاج إلى إيلاء الاهتمام إلى أداءين مهمين: واحد هو معامل التوصيل الحراري العالي ، والآخر هو معامل التوسع المتطابق مع Si. عيبه هو أن حتى طبقة أكسيد رقيقة جدا على السطح سيكون لها تأثير على معامل التوصيل الحراري. فقط عن طريق التحكم الصارم في المواد والعملية يمكن إنتاج ركائز AIN جيدة.

بالنظر إلى الأسباب المذكورة أعلاه ، يمكننا أن نعرف أن سيراميك أكسيد الألومنيوم يستخدم على نطاق واسع بسبب أدائها الشامل المتفوق في مجالات الإلكترونيات الدقيقة وإلكترونيات الطاقة والإلكترونيات الدقيقة المختلطة ووحدات الطاقة وما إلى ذلك.

4. نيتريد السيليكون (Si3N4)

قوة الانحناء لركيزة السيراميك الجديدة المصنوعة من نيتريد السيليكون أعلى من قوة الركيزة المصنوعة من Al2O3 و AlN. تتجاوز صلابة كسر Si3N4 حتى صلابة السيراميك المزود بالزيركونيا. تمديد عمر الخدمة أمر بالغ الأهمية لجميع تطبيقات وحدات الطاقة حيث يتم ربط شرائح أشباه الموصلات الكبيرة مباشرة بركيزة ، وهو أمر مهم بشكل خاص لأشرائح SiC و GaN ذات درجات حرارة تقاطع أعلى (تصل إلى 250 درجة مئوية). التوصيل الحراري لركيزة نيتريد السيليكون curamik® هو 90 واط / ميكرو كيلومتر ، مما يتجاوز متوسط القيمة لركيزات أخرى في السوق. القوة الميكانيكية للركيزة الجديدة تسمح لنا باستخدام طبقة سيراميكية أرق، مما يقلل من المقاومة الحرارية، ويزيد من كثافة الطاقة، ويقلل من تكاليف النظام. مقارنة مع ركائز Al2O3 و AlN ، تحسنت قوة الانحناء بشكل كبير ، وسوف يستفيد المصممون من هذا. حتى تتجاوز صلابة كسر نيتريد السيليكون صلابة السيراميك المزود بالزيركونيا ، حيث تصل إلى 6.5-7 ميجا باس / م عند موصلية حرارية تبلغ 90 واط / م كيلومتر.

Ⅱ. وفقا لعملية التصنيع

1. HTCC (السيراميك المشترك في درجات الحرارة العالية)

تسمى HTCC أيضًا السيراميك متعدد الطبقات المشترك في درجات الحرارة العالية. عملية التصنيع تشبه إلى حد كبير LTCC. الفرق الرئيسي هو أن مسحوق السيراميك من HTCC لا يضاف إلى المادة الزجاجية. لذلك ، يجب تجفيف وتصليب HTCC بدرجة حرارة عالية 1300 ~ 1600 ℃. ثم يتم حفر الجنين الأخضر عبر الثقوب ، ويتم ملء الثقوب وطباعتها بتكنولوجيا الطباعة الشاشة. بسبب درجة حرارة الإطلاق المشترك العالية ، فإن اختيار مواد الموصلات المعدنية محدود. المادة الرئيسية هي نقطة ذوبان عالية ولكن المعادن الموصلة مثل التنغستن والموليبدينوم والمنغنيز ، إلخ ، والتي لها خصائص ضعيفة ، يتم تصفيفها وأخيراً التخليق.

2. LTCC (السيراميك المشترك المنخفض الحرارة)

يعرف LTCC أيضًا باسم الركيزة السيراميكية متعددة الطبقات المشتركة في درجات الحرارة المنخفضة. يجب أن تخلط هذه التكنولوجيا أولا مسحوق الألومينا غير العضوي وحوالي 30 ٪ ~ 50 ٪ من المواد الزجاجية مع مادة ربطة عضوية لجعلها مختلطة بشكل متساوي في طين يشبه الطين ، ثم استخدم كاشح لكشط الطين في ورقة ، ثم من خلال عملية التجفيف لتشكيل جنين أخضر رقيق ، ثم حفر ثقب عبر وفقا لتصميم كل طبقة ، كما يتم نقل الإشارة لكل طبقة ، يتم استخدام الدائرة الداخلية لتكنولوجيا الطباعة الشاشة LTCC لملء الثقوب ودوائر الطباعة على الجنين الأخضر. يمكن أن تكون الأقطاب الكهربائية الداخلية والخارجية من الفضة والنحاس والذهب وغيرها من المعادن. وأخيرا ، يتم تصفيف كل طبقة ووضعها عند 850 ~ 900 ℃. يمكن الانتهاء من التخليق وتشكيل في فرن التخليق.

3. DBC (النحاس المرتبط المباشر)

تكنولوجيا طلاء النحاس المباشر تستخدم النحاس’ محلول يوتكتيك يحتوي على الأكسجين لتطبيق النحاس مباشرة على السيراميك. المبدأ الأساسي هو إدخال كمية مناسبة من الأكسجين بين النحاس والسيراميك قبل أو أثناء عملية الربط ، عند 1065 ℃ ~ 1083 في نطاق ℃ ، يشكل النحاس والأكسجين محلولًا إيوتكتيًا من Cu-O. تستخدم تقنية DBC الحل الإيوتكتي للتفاعل كيميائيًا مع الركيزة السيراميكية لتشكيل مرحلة CuAlO2 أو CuAl2O4 ، ومن ناحية أخرى لتسلل ورق النحاس لتحقيق مزيج من الركيزة السيراميكية واللوحة النحاسية.

التفوق

◆ معامل التوسع الحراري للركيزة السيراميكية قريب من شريحة السيليكون ، والتي يمكن أن توفر شرائح طبقة Mo الانتقالية ، وتوفير العمالة ، وتوفير المواد وتقليل التكاليف ؛

◆ تقليل طبقة اللحام ، وتقليل المقاومة الحرارية ، وتقليل الفراغات ، وتحسين العائد ؛

◆ عرض الخط من رقائق النحاس سميكة 0.3 مم هو فقط 10٪ من لوحة الدائرة المطبوعة العادية تحت نفس القدرة على حمل الحالية ؛

◆ موصلات حرارية ممتازة ، بحيث تكون حزمة الشريحة مدمجة جدا ، بحيث تزيد كثافة الطاقة بشكل كبير ، وتحسن موثوقية النظام والجهاز ؛

◆ الركيزة السيراميكية الرقيقة جدا (0.25 مم) يمكن أن تحل محل BeO دون مشاكل السمية البيئية ؛

◆ قدرة حمل حالية كبيرة ، يمر 100A الحالي باستمرار من خلال جسم نحاسي واسع 1 مم وسميك 0.3 مم ، وارتفاع درجة الحرارة حوالي 17 ℃ ؛ 100A الحالي يمر باستمرار من خلال 2mm واسع و 0.3mm سميكة جسم النحاس، وارتفاع درجة الحرارة هو فقط حوالي 5 ℃؛

◆ المقاومة الحرارية المنخفضة ، والمقاومة الحرارية لركيزة سيراميكية 10 × 10mm هي 0.31K / W لركيزة سيراميكية سميكة 0.63mm ، والمقاومة الحرارية لركيزة سيراميكية سميكة 0.38mm هي 0.19K / W ، والمقاومة الحرارية لركيزة سيراميكية سميكة 0.25mm المقاومة الحرارية هي 0.14K / W.

◆ العزل العالي يتحمل الجهد لضمان السلامة الشخصية وحماية المعدات.

◆ يمكن تحقيق طرق التعبئة والتغليف والتجميع الجديدة ، بحيث يتم تكامل المنتج بشكل كبير وتقليل الحجم.

متطلبات الأداء

(1) الخصائص الميكانيكية

لديها قوة ميكانيكية عالية بما فيه الكفاية ، بالإضافة إلى حمل المكونات ، يمكن أيضًا استخدامها كعضو داعم ؛ لديها قابلية معالجة جيدة ودقة عالية الأبعاد ؛ من السهل تحقيق طبقات متعددة ؛

السطح ناعم ، بدون تشويه ، والانحناء ، والصدقات الدقيقة ، إلخ.

(2) الخصائص الكهربائية

مقاومة العزل العالية والجهد الانهيار العزل؛

ثابت عازل منخفض؛

خسارة عازلية منخفضة؛

أداء مستقر في ظروف درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية لضمان الموثوقية.

(3) الخصائص الحرارية

موصلية حرارية عالية؛

يتم مطابقة معامل التوسع الحراري مع المواد ذات الصلة (خاصة معامل التوسع الحراري من Si يجب مطابقته) ؛

مقاومة حرارية ممتازة.

(4) العقارات الأخرى

استقرار كيميائي جيد. سهل المعادن ، والالتصاق القوي لنمط الدائرة ؛

لا hygroscopicity؛ مقاومة النفط والكيمياء؛ انبعاثات الأشعة الصغيرة؛

المواد المستخدمة خالية من التلوث وغير سامة؛ الهيكل الكريستالي لا يتغير ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل.

المواد الخام وفيرة؛ التكنولوجيا ناضجة؛ التصنيع سهل؛ السعر منخفض.

استخدام

◆ وحدات أشباه الموصلات عالية الطاقة؛ ثلاجات أشباه الموصلات والسخانات الإلكترونية؛ دائرات التحكم في الطاقة الترددية الراديوية ، دائرات خلط الطاقة.

◆ مكونات الطاقة الذكية؛ إمدادات الطاقة عالية التردد التبديل، ريلاي الحالة الصلبة.

◆ مكونات إلكترونيات السيارات والفضاء والإلكترونيات العسكرية.

◆ مكونات الألواح الشمسية؛ تبادلات مخصصة للاتصالات السلكية واللاسلكية، وأنظمة الاستقبال؛ الإلكترونيات الصناعية مثل الليزر.

الاتجاه

لقد فتح ظهور منتجات الركيزة السيراميكية تطوير صناعة تطبيقات تبديد الحرارة. بسبب خصائص تبديد الحرارة من الركائز السيراميكية ، ومزايا الركائز السيراميكية مثل تبديد الحرارة العالية ، والمقاومة الحرارية المنخفضة ، وعمر طويل ، وتحمل الجهد ، مع تحسين تكنولوجيا الإنتاج والمعدات ، تسارعت أسعار المنتجات وترشيدها ، ثم توسيع مجالات تطبيق صناعة LED ، مثل أضواء المؤشر للأجهزة المنزلية وأضواء السيارات وأضواء الشارع والإشارات الكبيرة في الهواء الطلق. سيوفر التطوير الناجح لركائز السيراميك خدمات الإضاءة الداخلية ومنتجات الإضاءة الخارجية ، وتوسيع مناطق السوق المستقبلية لصناعة LED.