(Gemetalliseerd keramiekGeproduceerd doorWintrusetk)
Keramische metallisatieis de techniek waarbij een zeer hechtende metalen coating op een keramisch oppervlak wordt aangebracht. Dit is een cruciale stap, aangezien keramiek inherent niet-bevochtigbaar is om te solderen. De gemetalliseerde laag maakt ze soldeerbaar en vormt de noodzakelijke basis voor het vormen van sterke keramiek-metaalverbindingen.
Hieronder vindt u een overzicht van de vier belangrijkste methoden die tegenwoordig in de industrie worden gebruikt.
1. Molybdeen-mangaan (Mo-Mn)Methode: De industriële standaard
DeMa-Mnproces is de meest gebruikte en gevestigde keramische metallisatietechnologie. Sinds het midden van de twintigste eeuw is het de standaardmethode voor het produceren van zeer betrouwbare afdichtingen in vacuümelektronica en ruimtevaarttoepassingen.
Procesprincipe:het bereiden van een slurry van vuurvast molybdeenpoeder, mangaanpoeder en activatoren (bijvoorbeeld Al2O3, SiO2 en CaO) in een organisch bindmiddel. Deze slurry wordt op het keramische oppervlak aangebracht en bij hoge temperaturen (1300-1600°C) in een vochtige waterstofomgeving (dauwpunt = +30°C) gesinterd.
Voordelen: Het biedt een hoge afdichtingssterkte (tot 60,2±7,7 MPa met de geactiveerde methode) en uitstekende vacuümdichtheid (met een leksnelheid van slechts 2,3×10⁻¹¹ Pa·m³/s). Het proces maakt meerdere herbewerkingscycli mogelijk en profiteert van een breed, vergevingsgezind procesvenster.
Beperkingen:Hoge sintertemperaturen kunnen de keramische eigenschappen veranderen. Het proces vereist enorme waterstofovenapparatuur, wat resulteert in een lange cyclustijd. Bovendien is het onverenigbaar met niet-oxide keramiek zoals AlN bij afwezigheid van een pre-oxidatieproces.
2. Bijstookmethode: schakel meerlaagse bedrading in
Bij de co-bakmethode wordt metallisatie rechtstreeks in het keramische sinterproces geïntegreerd. Het belangrijkste uitgangspunt is "meestoken van groen keramiek", waarbij een vuurvaste metaalpasta (zoals wolfraam, molybdeen of molybdeen-mangaan) wordt gezeefdrukt op ongebakken (groene) keramische platen. Deze platen worden vervolgens aan elkaar gehecht en samengesmolten om zowel de keramische verdichting als de interne metallisatie in één stap te voltooien.
3. Direct gebonden koper (DBC)is geoptimaliseerd voor vermogensdissipatie
Direct gebonden koper (DBC)werd ontwikkeld in de jaren zeventig en oorspronkelijk op de markt gebracht door GE in de Verenigde Staten. Het is nu de standaardtechnologie geworden voor krachtige IGBT-modules en LED-warmtedissipatiesubstraten. Dit proces omvat het rechtstreeks verbinden van een koperfolie op een keramisch substraat, wat resulteert in een structuur met hoge warmtegeleiding en elektrische isolatie.
4. Actief metaalsolderen (AMB): de afdichtingsrevolutie in één stap
Active Metal Brazing (AMB) is een belangrijke innovatie die metallisatie en hardsolderen combineert in één enkel, vereenvoudigd proces. Dit wordt bereikt door actieve elementen, zoals Ti, Zr, Nb of V, rechtstreeks in het hardsoldeermetaal te introduceren. Bij hoge temperaturen reageren deze elementen chemisch met het keramiek om een reactielaag met een metaalbindingsstructuur te genereren. Voorbeelden hiervan zijn TiO, TiN en Cu3Ti3O. Deze laag zorgt ervoor dat het soldeervulmetaal het keramische oppervlak direct kan bevochtigen.
Proceskarakteristieken:
Vereenvoudigde workflow: Elimineert de noodzaak van een afzonderlijke pre-metallisatiestap.
Lagere verwerkingstemperaturen: Solderen vindt plaats bij relatief lage temperaturen (800–950°C).
Gecontroleerde atmosfeer: Voer uit in een vacuüm of in een zeer zuivere inerte atmosfeer om oxidatie van actieve componenten te voorkomen.
Materiaalveelzijdigheid: Geschikt voor keramiek zoals Al2O3, AlN en Si3N4.
