(Metallisierte KeramikProduziert vonWintrusetk)
Keramische Metallisierungist die Technik, bei der eine hochhaftende Metallbeschichtung auf eine Keramikoberfläche aufgetragen wird. Dies ist ein wichtiger Schritt, da Keramik von Natur aus für das Löten nicht benetzbar ist. Die metallisierte Schicht macht sie lötbar und bietet die notwendige Grundlage für die Bildung starker Keramik-Metall-Verbindungen.
Nachfolgend finden Sie einen Überblick über die vier wichtigsten Methoden, die heute in der Branche verwendet werden.
1. Molybdän-Mangan (Mo-Mn)Methode: Der Industriestandard
DieMo-MnDas Verfahren ist die am häufigsten eingesetzte und etablierte keramische Metallisierungstechnologie. Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts ist es die Standardmethode zur Herstellung hochzuverlässiger Dichtungen in der Vakuumelektronik sowie in Luft- und Raumfahrtanwendungen.
Prozessprinzip:Vorbereiten einer Aufschlämmung aus feuerfestem Molybdänpulver, Manganpulver und Aktivatoren (z. B. Al2O3, SiO2 und CaO) in einem organischen Bindemittel. Diese Aufschlämmung wird auf die Keramikoberfläche aufgetragen und bei hohen Temperaturen (1300–1600 °C) in einer feuchten Wasserstoffumgebung (Taupunkt = +30 °C) gesintert.
Vorteile: Es bietet eine hohe Siegelfestigkeit (bis zu 60,2 ± 7,7 MPa bei der aktivierten Methode) und eine hervorragende Vakuumdichtigkeit (mit einer Leckagerate von nur 2,3×10⁻¹¹ Pa·m³/s). Der Prozess ermöglicht mehrere Nacharbeitszyklen und profitiert von einem breiten, toleranten Prozessfenster.
Einschränkungen:Hohe Sintertemperaturen können die Eigenschaften der Keramik verändern. Der Prozess erfordert eine riesige Wasserstoffofenausrüstung, was zu einer langen Zykluszeit führt. Darüber hinaus ist es ohne Voroxidationsprozess nicht mit Nichtoxidkeramiken wie AlN kompatibel.
2. Co-Firing-Methode: Mehrschichtige Verkabelung aktivieren
Beim Co-Firing-Verfahren wird die Metallisierung direkt in den Keramiksinterprozess einbezogen. Die Hauptvoraussetzung ist das „Mitbrennen von grüner Keramik“, bei dem eine feuerfeste Metallpaste (wie Wolfram, Molybdän oder Molybdän-Mangan) im Siebdruckverfahren auf ungebrannte (grüne) Keramikplatten gedruckt wird. Diese Platten werden dann miteinander verbunden und verschmolzen, um sowohl die Keramikverdichtung als auch die innere Metallisierung in einem Schritt abzuschließen.
3. Direkt gebundenes Kupfer (DBC)ist für die Verlustleistung optimiert
Direkt gebundenes Kupfer (DBC)wurde in den 1970er Jahren entwickelt und ursprünglich von GE in den Vereinigten Staaten kommerzialisiert. Mittlerweile ist sie zur Standardtechnologie für Hochleistungs-IGBT-Module und LED-Wärmeableitungssubstrate geworden. Bei diesem Verfahren wird eine Kupferfolie direkt auf ein Keramiksubstrat geklebt, wodurch eine Struktur mit hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolierung entsteht.
4. Aktives Metalllöten (AMB): Die Dichtungsrevolution in einem Schritt
Active Metal Brazing (AMB) ist eine bedeutende Innovation, die Metallisierung und Hartlöten in einem einzigen, vereinfachten Prozess kombiniert. Dies wird erreicht, indem aktive Elemente wie Ti, Zr, Nb oder V direkt in das Hartlot eingebracht werden. Bei hohen Temperaturen reagieren diese Elemente chemisch mit der Keramik und erzeugen eine Reaktionsschicht mit metallischer Bindungsstruktur. Beispiele hierfür sind TiO, TiN und Cu3Ti3O. Durch diese Schicht kann das Lot die Keramikoberfläche direkt benetzen.
Prozessmerkmale:
Vereinfachter Arbeitsablauf: Entfällt die Notwendigkeit eines separaten Vormetallisierungsschritts.
Niedrigere Verarbeitungstemperaturen: Das Hartlöten erfolgt bei relativ niedrigen Temperaturen (800–950 °C).
Kontrollierte Atmosphäre: Führen Sie die Durchführung in einem Vakuum oder einer hochreinen Inertatmosphäre durch, um eine Oxidation aktiver Komponenten zu verhindern.
Materialvielfalt: Geeignet für Keramiken wie Al2O3, AlN und Si3N4.
