Impulsat per la tendència "les quatre noves modernitzacions", la densitat funcional dels sistemes electrònics en els vehicles d'energia nova augmenta constantment, donant lloc a un augment corresponent en el consum d'energia dels xips semiconductors. La lleugeresa i l'alta integració s'estan convertint en els principals temes del desenvolupament industrial, mentre que la dissipació de calor s'està convertint gradualment en un dels colls d'ampolla clau que afecten l'estabilitat i la vida útil dels dispositius electrònics.
En aquest context, els materials ceràmics, amb la seva alta conductivitat tèrmica, aïllament i alta fiabilitat, es van consolidant progressivament i s'integren profundament amb la tecnologia de metal·lització ceràmica, convertint-se en un important material bàsic en les solucions de gestió tèrmica dels vehicles de nova energia.
Materials ceràmics: el nucli portador per a la dissipació de calor en l'electrònica de potència
La ceràmica s'ha convertit en un material d'embalatge important per als dispositius de potència a causa de la seva combinació d'alta conductivitat tèrmica, baixa pèrdua dielèctrica, bon aïllament, alta resistència a la calor i un coeficient d'expansió tèrmica que coincideix molt amb el xip. Aquestes propietats fan que la ceràmica metal·litzada, l'alúmina metal·litzada i la ceràmica d'alúmina metal·litzada siguin materials estructurals importants per als dispositius electrònics d'alta potència-actuals.
Entre ells, els components ceràmics d'alúmina com AlN i Al₂O₃, a causa de les seves propietats físiques estables, s'utilitzen àmpliament en mòduls de potència, envasos LED, relés i mòduls de potència de vehicles d'energia nova. Amb la millora contínua del rendiment de la interfície entre les capes ceràmiques i metàl·liques, la taxa de penetració de la ceràmica metalitzada en la dissipació de calor dels vehicles elèctrics continua augmentant.
La tecnologia de metal·lització impulsa avenços en aplicacions ceràmiques
Tot i que les ceràmiques posseeixen excel·lents propietats tèrmiques i aïllants, no són conductores. Per aconseguir la funcionalitat del circuit, és necessària la metal·lització ceràmica. La capa de metal·lització no només ha de tenir una bona conductivitat, sinó que també ha d'estar fermament unida a la ceràmica, suportant condicions complexes com ara el cicle de temperatura, l'estrès mecànic i la càrrega a llarg termini-.
La raó fonamental per la qual la ceràmica i els metalls són difícils d'unir directament és la diferència significativa en les seves propietats químiques, coeficients d'expansió tèrmica i humectabilitat. Per tant, el procés de conversió de ceràmica-a-metall requereix normalment la construcció d'una estructura d'interfície estable mitjançant reaccions metal·lúrgiques, modulació de la interfície o metal·lització de pel·lícules primes.
Actualment, la metal·lització ceràmica es divideix principalment en dues grans categories:
1. Tecnologies de metal·lització d'enllaç-sòlid
Aquests inclouen l'enllaç directe de coure (DBC), l'enllaç directe d'alumini i els mètodes de-pel·lícula gruixuda. Aquests mètodes intenten aconseguir una unió directa d'estat sòlid-entre ceràmica i metalls, però els tipus de metalls que poden reaccionar directament amb la ceràmica són limitats i normalment requereixen condicions dures, com ara alta temperatura i buit. En la producció real, sovint es necessiten materials de condicionament d'interfície addicionals per aconseguir una unió estable.
2. Capes de transició de-pel·lícula fina de metal·lització
Mitjançant la pulverització, l'evaporació i el revestiment electroless, es formen pel·lícules primes metal·litzades a la superfície ceràmica per millorar la humectabilitat i l'estructura de la interfície, preparant-se per a la posterior deposició i soldadura de la capa metàl·lica. Aquest tipus de mètode s'utilitza àmpliament en components de ceràmica metal·litzada, ceràmica d'alúmina metal·litzada i envasos ceràmics, i és especialment adequat per a mòduls electrònics d'alta-fiabilitat i precisió.
Anàlisi de tecnologies típiques de metal·lització ceràmica
1. Metal·lització de-pel·lícula gruixuda (TPC)
La tecnologia de-pel·lícula gruixuda utilitza la serigrafia de pasta conductora i la sinterització a-alta temperatura per formar una pel·lícula. El procés és senzill i aplicable a una varietat de materials ceràmics metal·litzats. Tanmateix, el recorregut del cable està limitat per la precisió de la malla de filferro, la qual cosa la fa apta per a dispositius de gran-mida amb requisits de potència mitjana, però menys adaptable a envasos ceràmics d'alta-precisió o mecanitzat de ceràmica d'alúmina fina.
2. Metal·lització de pel·lícula fina (TFC)
Utilitzant tècniques de deposició de vapor, com ara la polsada i l'evaporació al buit, es forma una pel·lícula metàl·lica d'alta-densitat a la superfície ceràmica. Compta amb una forta adherència, una bona cobertura i es pot utilitzar per dipositar pel·lícules de diversos materials metàl·lics. La metal·lització de pel·lícula fina és especialment adequada per a circuits integrats d'alta-densitat, estructures de plom de precisió i ceràmica metal·litzada d'alta-fiabilitat, però el seu cost és elevat i requereix processos subsegüents com ara fotolitografia i gravat.
3. Laminació directa de coure (DBC)
DBC consisteix a reaccionar una làmina de coure amb ceràmica a altes temperatures per formar un enllaç fort, creant una capa metàl·lica amb alta conductivitat tèrmica i forta adhesió. Els seus avantatges inclouen una bona conductivitat tèrmica, un fort aïllament i propietats mecàniques superiors, la qual cosa la fa molt utilitzada en mòduls de potència i sistemes de conducció de vehicles elèctrics. Tanmateix, la làmina de coure relativament gruixuda limita la precisió del gravat químic posterior, restringint la fabricació de circuits ultra-.
4. Soldadura activa de metalls (AMB)
AMB aconsegueix una unió-de gran resistència entre la capa metàl·lica i la ceràmica fent reaccionar una soldadura que conté elements actius amb la ceràmica per formar una interfície humectable. Aquesta tecnologia gestiona eficaçment l'estrès d'alta-temperatura i és un dels mètodes de metal·lització principals per a mòduls de potència de gamma mitjana-{{-alta{-, especialment adequat per a ceràmiques d'alta conductivitat tèrmica, com ara estructures d'AlN metal·litzats.
5. Co-activació (HTCC/LTCC)
HTCC i LTCC formen una estructura integrada mitjançant la co-cocció de múltiples capes de ceràmica amb cablejat intern, cosa que els converteix en tecnologies importants per a envasos ceràmics multi-capes. Les aplicacions HTCC es redueixen a causa de la seva alta temperatura, mentre que LTCC s'utilitza àmpliament en mòduls electrònics d'automòbils i comunicacions d'alta-freqüència i alta-velocitat a causa de la seva baixa pèrdua dielèctrica i la seva capacitat d'aconseguir cablejat multi-capes.
6. Metal·lització de revestiment químic
El revestiment químic diposita una capa metàl·lica mitjançant un procés de reducció química sense corrent aplicat, el que el fa eficaç per a estructures de mecanitzat d'alumini metal·litzat de forma complexa-i ceràmica d'alumini irregular. La seva força d'unió depèn de la rugositat de la superfície, la qual cosa la fa apta per a la metal·lització localitzada o els requisits d'envasament d'alta-densitat.
7. Metal·lització per làser
L'escalfament làser provoca la descomposició tèrmica de la superfície d'AlN, formant directament una capa metàl·lica conductora. Aquest mètode es caracteritza pel seu procés senzill, baix cost i alta eficiència, el que el fa adequat per a la producció de metal·lització ràpida d'alguns dispositius de potència.
Aplicació de la tecnologia de metal·lització ceràmica en vehicles de nova energia
1. Relés de CC d'alta tensió-
Els relés de buit que utilitzen ceràmica metal·litzada aconsegueixen una commutació lliure d'arc-d'alta tensió mitjançant una estructura d'aïllament ceràmic, millorant significativament la fiabilitat i la seguretat. Tenen un paper crucial en la prevenció de la fugida tèrmica causada pels arcs elèctrics. L'estructura de la carcassa de ceràmica és insubstituïble per mantenir l'aïllament, controlar arcs elèctrics i suportar descàrregues elèctriques.
2. Mòduls de potència MOSFET IGBT i SiC
Els substrats revestits de coure-ceràmic (DBC/AMB) es consideren un material bàsic per als inversors d'accionament principal dels vehicles d'energia nova a causa del seu alt aïllament, alta dissipació de calor, fortes propietats mecàniques i excel·lent adaptació d'expansió tèrmica. AMB, en particular, destaca per la força d'unió i la fiabilitat de la capa metàl·lica i la interfície de ceràmica, i s'ha convertit en l'enfocament principal per a molts mòduls de potència d'alt rendiment-.
3. Embalatge LED i il·luminació d'automoció
La major part de l'energia dels xips LED es converteix en calor, fent un substrat ceràmic d'alta conductivitat tèrmica, com ara AlN, materials de dissipació de calor ideals per a LEDs d'alta-brillante i ultraviolats. Amb l'augment continu de la potència dels sistemes d'il·luminació d'automòbils, la ceràmica metal·litzada està penetrant ràpidament en mòduls LED d'alta potència-.
Reptes futurs: la metal·lització ceràmica d'alta conductivitat tèrmica encara té un llarg camí per recórrer
Tot i que hi ha diversos mètodes de metal·lització, hi ha diferències entre els diferents processos en termes de cost, força d'unió, estabilitat de producció i capacitats de fabricació a gran-escala. Com construir una capa metàl·lica resistent i resistent sobre ceràmica d'alta conductivitat tèrmica i garantir la fiabilitat-a llarg termini durant els cicles de temperatura alta i baixa és una direcció clau per a una futura-investigació en profunditat sobre la tecnologia de metal·lització ceràmica.
L'alta densitat de potència, les plataformes informàtiques de conducció autònoma i les actualitzacions contínues dels sistemes d'accionament elèctric conduiran.ceràmica metalitzada, ceràmica d'alúmina metal·litzada, envasos ceràmics i mecanitzat de precisió de ceràmica d'alúmina en una gamma més àmplia d'aplicacions.
contacteu amb nosaltres
