Các thành phần gốm kim loại hóa có độ bền cao-: Cầu nối chính trong các thiết bị điện tử cao cấp-

Cấu trúc hỗn hợp gốm-kim loại này giải quyết các vấn đề như nứt và tách lớp do sự giãn nở nhiệt không khớp trong bao bì truyền thống. Ví dụ: trong các mô-đun bán dẫn điện, các Thành phần gốm Alumina được kim loại hóa chính xác đóng vai trò là chất nền cách điện, hỗ trợ-mạch mật độ cao ở một bên và hàn trực tiếp các bộ tản nhiệt ở mặt kia, cách ly điện áp cao một cách hiệu quả đồng thời dẫn nhiệt hiệu quả. Trong các thiết bị điện tử chân không (chẳng hạn như ống sóng lan truyền và máy phát cao tần), Ống cách điện bằng gốm kim loại được sử dụng để bịt kín chì, đảm bảo sự ổn định lâu dài-của môi trường chân không-cao bên trong và duy trì độ kín khí ngay cả ở nhiệt độ hàng trăm độ C.

Nhờ hiệu suất toàn diện độc đáo, ứng dụng Vỏ gốm kim loại cho chất bán dẫn điện đã dần dần mở rộng từ quân sự và hàng không vũ trụ sang các lĩnh vực dân sự cao cấp-như phương tiện sử dụng năng lượng mới, thông tin liên lạc 5G, laser công nghiệp và bộ biến tần quang điện. Trong các mô-đun IGBT dành cho xe điện, Gốm kim loại Alumina đã trở thành chất nền cách điện chủ đạo do sự cân bằng giữa chi phí và hiệu suất của chúng; trong khi đó, trong các ứng dụng có yêu cầu tản nhiệt cao hơn, chất nền kim loại nhôm nitrit (AlN) có độ dẫn nhiệt vượt quá 170 W/m·K được sử dụng. Hơn nữa, trong vỏ thiết bị liên lạc tần số cao, vỏ đóng gói cảm biến và tụ điện cao áp, các bộ phận kim loại gốm tiên tiến có độ chính xác cao bằng Alumina có độ tinh khiết cao đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu và độ tin cậy của cấu trúc một cách hiệu quả do tổn thất điện môi thấp và độ bền cơ học cao.

Các công nghệ luyện kim chủ đạo hiện nay bao gồm phương pháp molypden-mangan (Mo-Mn), liên kết đồng trực tiếp (DBC), mạ đồng trực tiếp (DPC) và hàn đồng kim loại hoạt tính (AMB). Trong số này, phương pháp Mo-Mn phù hợp với các ứng dụng niêm phong chân không có độ tin cậy cao- và là một quy trình truyền thống nhưng đã hoàn thiện; DBC liên kết trực tiếp lá đồng với bề mặt gốm ở nhiệt độ cao, khiến nó phù hợp với các mô-đun nguồn có dòng điện cao-; DPC sử dụng quy trình màng-mỏng để đạt được mạch điện tốt, phù hợp với các kết nối có mật độ-cao; và AMB sử dụng chất hàn hoạt động (chẳng hạn như Ag{8}}Cu-Ti) để đạt được các kết nối có độ bền cao{10}}giữa gốm và đồng ở nhiệt độ thấp hơn, kết hợp tính dẫn nhiệt cao và độ tin cậy cao. Việc lựa chọn các quy trình khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu toàn diện của kịch bản ứng dụng liên quan đến độ dẫn nhiệt, mật độ dòng điện, độ chính xác của mạch và chi phí.

Điều đáng lưu ý là hiệu suất của các Thành phần gốm kim loại hóa có độ bền-cao không chỉ phụ thuộc vào hệ thống vật liệu mà còn phụ thuộc vào mức độ gia công chính xác của các bộ phận gốm Alumina. Độ phẳng của chất nền, độ nhám bề mặt và độ chính xác của lỗ ảnh hưởng trực tiếp đến tính đồng nhất của năng suất luyện kim và hàn tiếp theo. Ví dụ: trong Gốm sứ Alumina kim loại hóa cho Linh kiện điện, việc kiểm soát dung sai độ dày ở mức micron-có thể tránh được sự tập trung ứng suất trong chu kỳ nhiệt và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Bất chấp những lợi thế đáng kể của gốm kim loại hóa cho các bộ phận điện, việc sản xuất chúng vẫn phải đối mặt với những thách thức: Thứ nhất, các quy trình phức tạp và{0}}tốn nhiều năng lượng, đặc biệt là giai đoạn thiêu kết ở nhiệt độ-cao, đòi hỏi phải có thiết bị và kiểm soát không khí nghiêm ngặt. Thứ hai, trong khi gốm làm từ berili-(chẳng hạn như BeO) mang lại khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời, chúng lại gây ra rủi ro về độc tính và đang dần được thay thế bằng AlN. Thứ ba, với việc thu nhỏ các thiết bị, nhu cầu cao hơn được đặt ra về băng thông/khoảng cách và khả năng nối dây đa lớp của gốm kim loại chính xác.

Trong tương lai, việc phát triển vỏ gốm kim loại hóa cho chất bán dẫn điện sẽ tập trung vào ba hướng chính: thứ nhất, phát triển gốm nung-đồng nhiệt độ{1}}thấp (LTCC) và các quy trình tích hợp kim loại hóa để giảm mức tiêu thụ năng lượng; thứ hai, thúc đẩy ứng dụng đồng, bạc-không có oxy và các kim loại có tính dẫn điện cao khác trong DPC/AMB để cải thiện hiệu suất điện; và thứ ba, mở rộng khả năng tương thích trong các mô-đun bán dẫn (SiC, GaN) thế hệ thứ ba để đáp ứng các yêu cầu về nhiệt độ và điện áp hoạt động cao hơn.

Là công nghệ then chốt cho phép kết nối gốm-với-kim loại, các thành phần gốm kim loại hóa có độ bền-cao đang chuyển từ "vật liệu-hậu trường-" sang đi đầu trong phát triển ngành. Vai trò không thể thay thế của nó trong việc đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của các hệ thống điện tử trong môi trường khắc nghiệt sẽ tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới hợp tác trong khoa học vật liệu và quy trình sản xuất.