Растућа потражња за{0}}електронским паковањем велике снаге покреће континуиране надоградње керамичких подлога и технологија метализације.

Вођени брзим развојем сектора као што су нова енергетска возила, паметне мреже, индустријска напајања, АИ сервери и ваздухопловство, енергетски полупроводнички уређаји еволуирају ка вишим напонима, већим струјама, већој густини снаге и минијатуризацији. Значајна топлота која се генерише током рада уређаја поставља строге захтеве у погледу могућности одвођења топлоте, поузданости конструкције и дугорочне-стабилности материјала за паковање.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Као критични темељни материјали који повезују чипове, кола и системе за управљање топлотом, керамичке подлоге за електронско паковање су се појавиле као кључно решење у области паковања електронских уређаја велике{0}}е снаге, захваљујући својој високој топлотној проводљивости, одличним изолационим својствима и робусној механичкој стабилности.

 

Док традиционалне ФР-4 епоксидне-подлоге од стаклених влакана и подлоге на бази метала- нуде предности у погледу трошкова, њихова ограничена топлотна проводљивост и релативно високи коефицијенти топлотног ширења (ЦТЕ) чине их неприкладним за апликације на високим{4}}температурама и снази. Насупрот томе, керамички материјали поседују ЦТЕ који је уско усклађен са полупроводничким материјалима и одржавају стабилне перформансе у сложеним окружењима; сходно томе, они се широко користе у енергетским модулима, ЛЕД диодама, ИГБТ-овима, СиЦ уређајима и електричним погонским системима за возила нове енергије.

 

Тренутно, главни материјали за керамичке подлоге високе -термичке- проводљивости укључују глиницу (Ал₂О₃), силицијум карбид (СиЦ), алуминијум нитрид (АлН) и силицијум нитрид (Си₃Н₄). Међу њима, алуминијумска керамика-коју карактеришу зрели производни процеси и ниски трошкови-издвајају се као један од најчешће коришћених основних материјала у електронском паковању. Метализована алуминијумска керамика, произведена напредним техникама обраде, нуди побољшану проводну повезаност, чиме испуњава захтеве за монтажу електронских компоненти и пренос сигнала кола.

 

Како перформансе енергетских уређаја настављају да напредују, обрада материјала од алуминијума високе{0}}чистоће се помера ка већој прецизности. Високе{2}}прецизне метализоване керамичке компоненте од глинице{3}}произведене прецизним обликовањем, синтеровањем и метализацијом површине-омогућавају конструкцијске дизајне који нуде врхунску изолацију и поузданост, што их чини идеалним за захтевне електронске компоненте и индустријску примену.

 

У домену енергетских модула високих{0}}перформанси, керамика од алуминијум нитрида (АлН) је привукла значајну пажњу због своје високе топлотне проводљивости, ниске диелектричне константе и одличних електричних својстава. На њихову топлотну проводљивост првенствено утичу фактори као што су дефекти решетке, садржај кисеоника и процес синтеровања.

 

Оптимизацијом формулација материјала и производних токова, унутрашњи дефекти се могу свести на минимум и побољшати ефикасност управљања топлотом, чинећи ове материјале све погоднијим за{0}}апликације електронске амбалаже велике снаге. Керамика од силицијум карбида (СиЦ) показује значајан потенцијал у екстремним радним окружењима због своје високе чврстоће, високе отпорности на топлоту и одличне топлотне проводљивости. Међутим, њихова сложена структура кристалне решетке намеће строге захтеве у погледу чистоће материјала, услова синтеровања и микроструктурне контроле. Будућа унапређења-посебно оптимизација структуре зрна и смањење нечистоћа{5}}повезаних дефеката-обећавају да ће додатно побољшати укупне перформансе СиЦ керамичких супстрата.

 

Последњих година, керамика од силицијум нитрида (Си₃Н₄) се појавила као кључна област развоја за високо{0}}поуздане енергетске модуле. У поређењу са традиционалним керамичким материјалима, они нуде супериорну механичку чврстоћу и отпорност на лом, ефикасно ублажавајући напрезање узроковано неусклађеношћу термичког ширења током термичког циклуса. Сходно томе, метализоване керамичке компоненте високе{3}}кости се све више користе у инверторима за возила нове енергије, високонапонским енергетским модулима и-електронским системима високе поузданости.

 

Керамички материјали су сами по себи изолациони; стога, да би се олакшало електрично повезивање и монтажа компоненти, слој металног кола мора да се формира површинском обрадом-поступком познатим као метализација керамике. Стварањем стабилног,-добро везаног металног слоја на површини керамике, технологија метализације обезбеђује поуздану везу између керамике и метала, што је чини критичним процесом у производњи електронских амбалажа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тренутно, зрели процеси метализације керамике у индустрији обухватају бакар са директним пластифицирањем (ДПЦ), директно везани бакар (ДБЦ), активно лемљење метала (АМБ), ласерски активирану метализацију (ЛАМ) и бакар са -штампом на дебелом филму (ТПЦ).

 

ДПЦ процес користи распршивање, галванизацију и фотолитографију за формирање финих металних кола; одликује се високом прецизношћу кола и одличним перформансама лепљења, што га чини погодним за{0}}електронско паковање велике густине. Међутим, због високих трошкова улагања у опрему и ограничења у дебљини слоја бакра, њена примена је првенствено концентрисана у области прецизних електронских уређаја.

 

ДБЦ процес постиже везу између бакарне фолије и керамике путем бакарне-кисеоничке еутектичке реакције, нудећи предности као што су зрелост процеса и висока носивост-. Иако се широко користи у паковању енергетских модула, разлика у коефицијентима термичког ширења између бакра и керамике може довести до топлотног напрезања током дуготрајног-термичког циклуса, што захтева даља побољшања у поузданости.

 

АМБ процес користи активни метални лем за побољшање везе између керамике и бакарног слоја, показујући одличну стабилност у окружењима високе-температуре и велике{1}}снаге. Са развојем високонапонских-платформа од 800В за нова енергетска возила, АМБ-Си₃Н₄ керамичке подлоге све више постају пожељан избор за енергетске модуле високих{6}}перформанси. Компоненте за-примену високог напона-као што су керамичка кућишта за ХВДЦ контакторе-наметну све строже захтеве за изолационе могућности, механичку чврстоћу и отпорност на топлоту керамичких материјала.

 

Поред традиционалних метода метализације, пажњу привлаче нове технологије метализације уз помоћ ласера{0}. Овај процес користи ласере за модификовање керамичке површине, омогућавајући селективно таложење метала за формирање кола; нуди предности као што су висока прецизност обраде и флексибилност дизајна. Технологија метализације керамике је спремна да прошири обим примене у будућој производњи прецизних електронских структурних компоненти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вођени растом нових енергетских возила, система за складиштење енергије и паметне енергетске опреме, сценарији примене метализованих керамичких производа се континуирано шире. На пример, метализована керамичка кућишта за енергетске полупроводнике обезбеђују стабилно окружење за паковање, повећавајући отпорност уређаја на топлоту и напон. Слично, метализоване керамичке изолационе цеви се широко користе у високонапонским изолационим структурама, служећи и електричном изолацијом и механичким функцијама подршке.

 

Индустријски трендови указују на то да ће керамичке подлоге за електронско паковање еволуирати ка већој топлотној проводљивости, чврстоћи и поузданости, уз већу прецизност. С једне стране, истраживање материјала ће додатно оптимизовати керамичке системе-као што су глиница, алуминијум нитрид и силицијум нитрид-како би се побољшале могућности управљања топлотом. Са друге стране, процеси метализације ће наставити да побољшавају прецизност кола, снагу везивања и ефикасност производње.

 

Потакнута брзом експанзијом нових енергетских возила, индустријских контролних система, напајања центара података и опреме за складиштење обновљиве енергије, прецизна метализована керамика ће постати витална компонента напредног електронског паковања. Оптимизација технологија-за-метал за спајање како би се обезбедиле веома поуздане везе помоћи ће у испуњавању будућих захтева за безбедношћу и стабилношћу у електронским уређајима велике снаге{3}.

 

Гледајући унапред, индустрија мора да настави да остварује напредак у кључним технологијама-укључујући припрему керамике високе{1}}термалне-проводљивости, синтеровање са малим{{3}дефектима, високо{4}}прецизно обликовање кола и еколошки{5}}процесе метализације. Унапређење производа као што суметализована алуминијумска керамика за електричне компонентека већим перформансама и ширим пољима примене обезбедиће поуздане основне материјале потребне за следећу{0}}генерацију енергетских електронских система.