1 Entwodiksyon
Materyèl seramik yo se yon klas inòganik ki pa-materyèl metalik ki fòme ak konpoze natirèl oswa sentetik atravè fòm ak segondè-sintering tanperati. Yo genyen avantaj tankou gwo pwen k ap fonn, dite segondè, ak rezistans mete segondè, epi yo ka itilize kòm materyèl estriktirèl ak materyèl fonksyonèl, ofri kandida aplikasyon laj [1]. Sintering nan materyèl seramik se prensipalman yon pwosesis kote youn oswa plis solid poud matyè premyè sibi transpò materyèl anba chofaj tanperati ki wo -, sa ki lakòz poud lan total ak dans. Pwosesis sa a anjeneral pran plizyè èdtan oswa menm plizyè dizèn èdtan. Makroskopikman, sintering manifeste kòm ogmante dansite ak fòs; esansyèlman, li se yon diminisyon enèji soti nan enèji sifas patikil nan enèji koòdone, kondwi pa difizyon atomik anba gradyan potansyèl chimik nan diferan sit, ak mikwoskopikman, li manifeste kòm eliminasyon an nan porositë ant grenn [2].
2 Pwosesis metalizasyon
2.1 Dirèk plake metalizasyon kwiv
Nan pwosesis metalizasyon an kwiv plake dirèk (DPC), apre yo fin substra a lazè -kòmanse fouye ak byen netwaye, yo depoze yon kouch grenn sou substra seramik pwòp, sèk la. Lè sa a, yon fim sèk aplike, ki te swiv pa devlopman ak ekspoze, epi imedyatman electroplating fèt pou jenere sikwi metal la vle. Apre sa, yo retire depase fim sèk la ak kouch grenn, epi yo kouvri yon metal ki pa -aktif sou sifas kòb kwiv mete pou pwoteje kouch kwiv la pou pwosesis brasaj ki vin apre yo.
Malgre ke substrats seramik DPC ofri avantaj tankou konduktiviti tèmik segondè, presizyon sikwi segondè, ak volim anbalaj redwi atravè -interkoneksyon twou, epesè kouch kòb kwiv mete an jeneralman limite a pa plis pase 150 μm akòz kontrent yo nan pwosesis galvanoplastie. Kounye a, teknoloji DPC yo itilize prensipalman nan anbalaj gwo -pouvwa dirije. Nan aplikasyon pou gwo -chalè{-jenerasyon tankou gwo{-klere LED ak gwo-LED iltravyolèt, non sèlman se yon gwo -tèmik-substra konduktivite ki nesesè sou dèyè a pou dissipation chalè, men devan-bò materyèl anbalaj yo dwe konsidere tou estabilite tèmik. Materyèl anbalaj tradisyonèl résine yo gen tandans aje ak echèk anba limyè iltravyolèt ak tanperati ki wo. Se poutèt sa, rechèch aktyèl tou gen tandans sèvi ak materyèl inòganik oswa metalik tankou kaolin, nikèl, ak kwiv pou fòme estrikti baraj sou substra DPC, konbine avèk enkapsulasyon kwatz transparan, amelyore fyab aparèy [3].
Kounye a, pwosesis metalizasyon an kwiv plake dirèk te lajman aplike, men li toujou fè fas a pwoblèm tankou efikasite ki ba, pòv atravè -ranpli, ak adaptabilite beny pòv. Pami sa yo, pòv via-ranpli kapab afekte pèfòmans aparèy, estabilite, ak fyab. Rezon ki fè la se ke pandan electroplating, kwiv gen tandans depoze pi fasil sou sifas la via, sa ki lakòz via a fèmen anvan enteryè a konplètman ranpli, finalman fòme vid andedan via a. Bon jan kalite a nan electroplated atravè ranpli enfliyanse pa aktyèl la plating ak fòmilasyon aditif; optimize konpozisyon solisyon an plating ak paramèt pwosesis oksilyè ka amelyore atravè-bon jan kalite ranpli.
Anplis de sa, substrats seramik DPC ka rankontre pwoblèm pandan galvanoplastie, ki gen ladan tan plating twò long, epesè kouch ki pa -inifòm, ak estrès rezidyèl makwoskopik nan kouch la. Pami sa yo, twòp estrès rezidyèl ka lakòz kouch fann oswa deformation, ak akimilasyon nan estrès rezidyèl nan kouch kwiv la ka afekte estabilite nan tèmik substra seramik la [4].
2.2 Metòd Copper Dirèk
Teknoloji dirèk bonded kwiv (DBC) te premye pionnier pa Burgess et al. an 1973 [5]. Prensip debaz li se ke kouch oksid la sou sifas papye kwiv la fòme yon fonn eutektik Cu-O nan tanperati ki wo. Fonn sa a posede ekselan pwopriyete mouye epi, nan tanperati eutektik nan 1065 degre, ka efektivman kosyon substra seramik la ak papye kwiv la ki pa reyaji, asire yon kosyon solid apre refwadisman ak solidifikasyon.
Toupre 1065 degre, faz eutektik Cu–O fòme. Depi pwen k ap fonn kwiv pi bon kalite se 1083 degre, lyezon eutektik la dwe fèt nan seri tanperati 1065 degre a 1083 degre, ak operasyon aktyèl yo sitou konsantre ant 1070 degre ak 1075 degre. Pandan refwadisman, oksijèn supersature ki nan eutektik Cu–O a presipite kòm Cu₂O; nan seramik Al₂O₃ oswa AlN, pwodwi reyaksyon adisyonèl tankou CuAlO₂ ak CuAl₂O₄ ka parèt tou [5]. Fòmasyon likid eutektik la ak kontni oksijèn li yo enpòtan anpil pou efikasite lyezon. Etandone pousantaj difizyon oksijèn nan fonn kwiv la trè ba (10⁻⁵ cm²/s), li difisil pou prezante ase oksijèn pandan pwosesis lyezon an; Se poutèt sa, pre-oksidasyon papye kwiv la jeneralman fèt pou fòme Cu₂O sou sifas papye kwiv la pou ankouraje fòmasyon likid eutektik. Kontni oksijèn nan kòb kwiv mete tou siyifikativman afekte fòs koòdone lyezon an, kidonk kontwòl egzak nan paramèt sa a se yon aspè debaz nan asire pèfòmans lyezon [6].
Pwosesis an kwiv kole dirèk mande pou substrats espesifik pou itilize. Fonn kòb kwiv mete pi bon kalite mouillabilite sou Al₂O₃, AlN, ak Si₃N₄, ak ang kontak ki depase 130 degre. Lè yo ogmante presyon an pasyèl oksijèn pandan lyezon ak kontni oksijèn nan fonn kwiv la, ang kontak sou sifas Al₂O₃ ka redwi anpil [7]. Malgre ke mouillabilite sou AlN ka amelyore tou lè yo ogmante presyon pasyèl oksijèn pandan lyezon, lyezon nan yon anviwònman vakyòm, oswa pwolonje tan an lyezon, efè a trè limite [8]. Se poutèt sa, AlN jeneralman pre-soksid pou fòme yon kouch sifas Al₂O₃, ak Lè sa a, lyezon lè l sèvi avèk metòd ki anwo yo. Sepandan, pa youn nan metòd sa yo ka fasil pou amelyore mouillabilite kòb kwiv mete fonn sou Si₃N₄, kidonk DBC raman aplike nan Si₃N₄.
2.3 Metal aktif Brazing metalizasyon
Nan endistri machin enèji nouvo, modil SiC yo trè valè. Sepandan, lè tanperati junction nan aparèy pouvwa SiC monte a 250 degre, pòv tanperati -sik fyab DBC seramik substrats anba kondisyon tanperati ki wo -limit aplikasyon yo. Pou adrese pwoblèm sa a, chèchè yo devlope substrats seramik AMB (Active Metal Brazed).
Premyèman, yo aplike yon kouch mens soude sou yon substra seramik pwòp. Lè sa a, papye kwiv yo mete soude a, epi asanble a chofe nan yon anviwònman vakyòm nan 800 degre a 950 degre pou fonn soude a. Lè yo refwadi, yon jwenti solid fòme. Apre sa, yo itilize grave mouye pou kreye modèl metalik pou satisfè kondisyon entèkoneksyon elektrik aparèy ki gen gwo pouvwa -.
Paske metal konvansyonèl yo jeneralman montre move mouillabilite sou substrats seramik, soude metal aktif yo souvan itilize amelyore mouillabilite ak amelyore fòs jwenti. Soude metal aktif gen omwen yon eleman metal aktif, ak eleman Ti ak lanthanide kounye a se eleman prensipal yo aktif. Soud aktif yo souvan itilize nan pwosesis AMB yo enkli sistèm Sn-Ag-Ti ak Ag-Cu-Ti, kote Ti sèvi kòm metal aktif pou amelyore mouillabilite ant soude a ak seramik la, pandan y ap Sn ak Ag aji pou bese pwen k ap fonn ak amelyore konduktiviti tèmik jwenti a.
Sepandan, pwosesis AMB la dwe fèt anba vakyòm segondè oswa yon atmosfè pwoteksyon, ki limite aplikasyon pwosesis li yo. Pou simonte limit sa a, chèchè yo te devlope teknoloji Reactive Air Brazing (RAB), ki ka fèt nan lè. Metal filler brasaj yo itilize nan RAB yo sitou konpoze de metal nòb (tankou Ag, Ag-Pd alyaj) ak oksid metal (tankou CuO, V₂O₅ [9], Nb₂O₅, SiO₂, ak Al₂TiO₅), kidonk dote jwenti a ak bon rezistans oksidasyon. Pandan RAB, oksid metal yo ka konfòme yo ak reyaji ak sifas substra seramik la, amelyore mouillabilite substrate seramik la atravè aksyon sinèrjik metal filler fonn lan ak koòdone la. Pandan se tan, bon duktilite nan metal nòb ede soulaje estrès entèn tèmik nan jwenti a, ak adisyon a nan oksid metal ede diminye estrès rezidyèl ki rive nan CTE dezakò ant jwenti a ak matris seramik la.
Metalizasyon aktif brase metal ofri avantaj tankou ekipman senp ak pwosesis, segondè fyab, epi pa gen okenn restriksyon sou kalite substrate seramik, sa ki fè li pwosesis metalizasyon ki pi pwomèt pou aplikasyon pou aparèy ki gen gwo pouvwa -. Sepandan, bay devlopman rapid nan endistri aparèy elektwonik gwo -pouvwa a, pi wo estanda yo ap mete sou pwopriyete mekanik yo ak alontèm fyab operasyonèl nan pwosesis AMB, sa ki nesesè kontinyèl optimize ak amelyorasyon. An menm tan an, AMB seramik substrats fè fas a menm goud teknik nan presizyon sikwi ensifizan kòm substrats DBC. Si nouvo teknoloji yo ka devlope pou reyalize presizyon sikwi ki konparab ak sa yo ki nan pwosesis DPC, substrats seramik AMB yo espere ranplase lòt substrats menm jan an nan lavni, ki montre gwo potansyèl aplikasyon [4].
2.4 Lazè -Metalizasyon pwovoke
Nan pwosesis metalizasyon lazè-pwovoke, yo itilize yon reyon lazè pou iradyasyon selektivman yon substra seramik ki gen aliminyòm-. Materyèl seramik iradyasyon an redwi a atòm metal aktive. Lè sa a, substra a benyen nan yon solisyon electroless plating ki gen Cu²⁺, kote atòm yo aktive ankouraje rediksyon nan Cu²⁺ ak depozisyon li yo sou zòn yo iradyasyon, fòme modèl sikwi metalik [10].
Electroless plating se yon pwosesis redox otokatalitik ki pa mande pou yon kouran ekstèn; iyon metal yo redwi nan metal solid pa ajan rediksyon chimik nan solisyon an [11], ak enèji ki kondwi rediksyon sa a soti nan ajan rediksyon chimik nan solisyon an. Tipikman, iyon metal nan benyen an plating yo pa fasil redwi espontaneman, epi yo souvan bezwen yon katalis kòm yon mwayen entèmedyè diminye enèji nan aktivasyon pou nikleyasyon metal. Yon fwa ke patikil katalis yo depoze avèk siksè sou sifas substra a, gwo -depo metal yo ka deklanche.
Lazè -metalizasyon pwovoke souvan fèt sou aliminyòm-substra ki genyen paske iradyasyon lazè ka fòme atòm Al aktive. Sepandan, pèfòmans katalitik atòm Al yo pa ideyal, ak lòt katalis yo bezwen amelyore efikasite depo.
Desen an nan pwosesis metalizasyon lazè-pwovoke trè sansib a paramèt lazè, karakteristik substrate seramik, ak paramèt pwosesis galvanoplastie. Malgre ke teknik sa a konbine avantaj pri nan galvanoplastie kwiv ak presizyon sikwi segondè nan pwosesis LAM (lazè-metalizasyon asistans), gwo pri a nan ekipman lazè ak polisyon nan anviwònman an ki te koze pa electroless plating rete faktè enpòtan limite adopsyon plis gaye li yo.
2.5 Metalizasyon fim epè -
Metalizasyon fim epè -iplike ekran-enpresyon kouch metal pou sele, kondiktè (filaj sikwi), rezistans, elatriye, sou substrats seramik, ki te swiv pa SINTERING pou fòme kouch metal brasaj, sikui, ak pwen atachman plon. Epè -fim keratin yo jeneralman konpoze de poud metal ak gwosè patikil alantou 1.5 μm, yon kèk pousan nan lyan pèmanan, ak yon machin òganik (ki gen ladan solvang òganik, epesè, surfactants, elatriye), prepare pa boul fraisage ak melanje. Etap metalizasyon fim epè -anjeneral yo enkli: konsepsyon modèl ak preparasyon travay atistik, preparasyon keratin, enprime ekran, siye, ak sintering [12].
Metalizasyon epè -fim itilize prensip enprime ekran an. Premyèman, kouch metal obligatwa pou anbalaj oswa konpozan elektwonik tankou rezistans yo tache ak substrate seramik nitrure aliminyòm. Apre sa, kouch metal yo ak konpozan elektwonik yo kole ak sifas substrate seramik la atravè wo -sintering tanperati, reyalize koneksyon fèm ant tout pati yo. Pwosesis sa a gen aplikasyon lajè nan anbalaj aparèy elektwonik ak fil elektrik sikwi. Paste kondiktif la se faktè kle ki afekte kalite metalizasyon fim epè-; konpozisyon li sitou konsiste de poud metal (1-5 μm), vè, atach, ak yon machin òganik melanje pa fraisage boul [13].
Metòd metalizasyon fim epè -la aplikab a yon gran varyete kalite seramik e li gen yon pwosesis senp [14]. Sepandan, limite pa gwosè ekran ak keratin kondiktif, li difisil pou fabrike fil ak lajè liy anba a 60 μm. Pwopriyete elektrik yo ak fòs adezyon kouch metal la relativman pòv, sa ki fè li apwopriye sèlman pou aparèy elektwonik ki gen pi ba pouvwa ak kondisyon gwosè. Paste kondiktif espesyalman apwopriye pou metalizasyon fim nitrure aliminyòm epè -yo toujou relativman ra, ak fòmilasyon keratin ki disponib nan komès yo pa aplikab dirèkteman; otreman, anpoul nan koòdone a ka rive [15].
2.6 Mens -Fim metalizasyon
Metalizasyon fim mens-se yon pwosesis kote materyèl metal yo vaporize epi depoze sou sifas seramik pa metòd depozisyon fizik vapè tankou evaporasyon vakyòm oswa sputtering pou fòme yon fim metal mens, ki te swiv pa maskin, grave, ak lòt etap yo kreye modèl sikwi metalize.
Nan teyori, pwosesis sa a ka fòme fim metal inifòm micron-sou plizyè materyèl substra atravè evaporasyon oswa sputtering. Sepandan, akòz diferans enpòtan nan koyefisyan ekspansyon tèmik ant seramik ak kwiv metalik, dirèk depo kòb kwiv mete sou seramik nitrure aliminyòm entwodui gwo estrès ant metal yo ak kouch seramik, ki afekte fòs adezyon nan kouch nan seramik la ak estabilite nan monte bisiklèt tèmik nan substra a. Se poutèt sa, nan dènye ane yo, apwòch depo miltikouch yo te vin popilè. Premye kouch la se tipikman yon kouch Ti, epi yo chwazi dezyèm kouch nan metal tankou Cu, Ag, oswa Au. Lè glise debwatman ak entèraksyon nan yon kouch sèl yo transfere nan yon lòt kouch akòz gwo estrès entèn yo, estrès entèn yo nan kouch metal la tou soulaje.
Metalizasyon fim mens -ofri kalite siperyè, adezyon solid, kouch inifòm, ak bon jan rezolisyon. Sepandan, li ka sèlman pwodwi kouch metal trè mens, ak pwosesis preparasyon an se relativman konplèks, ki enplike plizyè etap ki gen ladan tretman sifas, depo metal, ak apre -tretman, ki egzije kontwòl strik nan paramèt pwosesis. Sa a lakòz gwo depans fabrikasyon, ki limite devlopman li yo.