Die wachsende Nachfrage nach leistungsstarken Elektronikgehäusen führt zu kontinuierlichen Verbesserungen bei Keramiksubstraten und Metallisierungstechnologien.

Angetrieben durch die rasante Entwicklung von Sektoren wie Fahrzeugen mit neuer Energie, intelligenten Netzen, industriellen Stromversorgungen, KI-Servern und Luft- und Raumfahrt entwickeln sich Leistungshalbleitergeräte in Richtung höherer Spannungen, höherer Ströme, höherer Leistungsdichten und Miniaturisierung. Die beim Gerätebetrieb erzeugte erhebliche Wärme stellt hohe Anforderungen an die Wärmeableitungsfähigkeiten, die strukturelle Zuverlässigkeit und die Langzeitstabilität von Verpackungsmaterialien.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Als wichtige Grundmaterialien für die Verbindung von Chips, Schaltkreisen und Wärmemanagementsystemen haben sich Keramiksubstrate für elektronische Verpackungen dank ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, hervorragenden Isolationseigenschaften und robusten mechanischen Stabilität als Schlüssellösung im Bereich der Verpackung elektronischer Hochleistungsgeräte erwiesen.

 

Herkömmliche FR-4-Epoxidharz--Glasfasersubstrate und Substrate auf Metall--Basis bieten zwar Kostenvorteile, ihre begrenzte Wärmeleitfähigkeit und der relativ hohe Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) machen sie jedoch für Hochtemperatur- und Hochleistungsanwendungen ungeeignet. Im Gegensatz dazu besitzen keramische Materialien einen CTE, der dem von Halbleitermaterialien sehr nahe kommt, und behalten in komplexen Umgebungen eine stabile Leistung; Daher werden sie häufig in Leistungsmodulen, LEDs, IGBTs, SiC-Geräten und elektrischen Antriebssystemen für Fahrzeuge mit neuer Energie eingesetzt.

 

Zu den gängigen Materialien für Keramiksubstrate mit hoher -Wärmeleitfähigkeit gehören derzeit Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumkarbid (SiC), Aluminiumnitrid (AlN) und Siliziumnitrid (Si₃N₄). Unter diesen sticht Aluminiumoxidkeramik -ausgereifte Herstellungsverfahren und niedrige Kosten hervor- und ist eines der am häufigsten verwendeten Grundmaterialien für elektronische Verpackungen. Metallisierte Aluminiumoxidkeramik, die mithilfe fortschrittlicher Verarbeitungstechniken hergestellt wird, bietet eine verbesserte leitfähige Konnektivität und erfüllt damit die Anforderungen für die Montage elektronischer Komponenten und die Signalübertragung von Schaltkreisen.

 

Da die Leistung von Leistungsgeräten immer weiter zunimmt, verlagert sich die Verarbeitung von hochreinen Aluminiumoxidmaterialien hin zu höherer Präzision. Präzisionsmetallisierte Keramikkomponenten mit hochreinem Aluminiumoxid-hergestellt durch Präzisionsformung, Sintern und Oberflächenmetallisierung-ermöglichen Strukturdesigns mit hervorragender Isolierung und Zuverlässigkeit, wodurch sie ideal für anspruchsvolle elektronische Komponenten und Industrieanwendungen sind.

 

Im Bereich der Hochleistungs-Leistungsmodule haben Aluminiumnitrid-Keramiken (AlN) aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, niedrigen Dielektrizitätskonstante und hervorragenden elektrischen Eigenschaften große Aufmerksamkeit erregt. Ihre Wärmeleitfähigkeit wird vor allem durch Faktoren wie Gitterfehler, Sauerstoffgehalt und den Sinterprozess beeinflusst.

 

Durch die Optimierung von Materialformulierungen und Herstellungsabläufen können interne Fehler minimiert und die Effizienz des Wärmemanagements verbessert werden, wodurch diese Materialien zunehmend für leistungsstarke elektronische Verpackungsanwendungen geeignet werden. Siliziumkarbid (SiC)-Keramik weist aufgrund ihrer hohen Festigkeit, hohen Hitzebeständigkeit und hervorragenden Wärmeleitfähigkeit ein erhebliches Potenzial in extremen Betriebsumgebungen auf. Ihre komplexe Kristallgitterstruktur stellt jedoch hohe Anforderungen an die Materialreinheit, die Sinterbedingungen und die Kontrolle der Mikrostruktur. Zukünftige Fortschritte-insbesondere die Optimierung der Kornstruktur und die Reduzierung verunreinigungsbedingter Defekte-versprechen eine weitere Verbesserung der Gesamtleistung von SiC-Keramiksubstraten.

 

In den letzten Jahren haben sich Siliziumnitrid-Keramiken (Si₃N₄) zu einem wichtigen Entwicklungsgebiet für hochzuverlässige Leistungsmodule entwickelt. Im Vergleich zu herkömmlichen Keramikmaterialien bieten sie eine überlegene mechanische Festigkeit und Bruchzähigkeit und mindern effektiv Spannungen, die durch Ungleichheiten bei der Wärmeausdehnung während des Temperaturwechsels entstehen. Folglich werden hochfeste metallisierte Keramikkomponenten zunehmend in Wechselrichtern für Fahrzeuge mit neuer Energie, Hochspannungsmodulen und hochzuverlässigen elektronischen Systemen eingesetzt.

 

Keramische Materialien sind von Natur aus isolierend; Um elektrische Verbindungen und die Komponentenmontage zu erleichtern, muss daher eine Metallschaltkreisschicht durch Oberflächenbehandlung-ein Prozess gebildet werden, der als keramische Metallisierung bekannt ist. Durch die Schaffung einer stabilen, gut{2}}gebundenen Metallschicht auf der Keramikoberfläche gewährleistet die Metallisierungstechnologie eine zuverlässige Verbindung zwischen der Keramik und dem Metall, was sie zu einem kritischen Prozess bei der Herstellung elektronischer Verpackungen macht.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zu den ausgereiften keramischen Metallisierungsprozessen in der Branche gehören derzeit Direct Plating Copper (DPC), Direct Bonded Copper (DBC), Active Metal Brazing (AMB), Laser Activated Metallization (LAM) und Thick -film Printed Copper (TPC).

 

Der DPC-Prozess nutzt Sputtern, Galvanisieren und Fotolithographie, um feine Metallschaltkreise zu bilden; Es zeichnet sich durch hohe Schaltkreispräzision und hervorragende Verbindungsleistung aus und eignet sich daher für elektronische Verpackungen mit hoher -Dichte. Aufgrund der hohen Investitionskosten für die Ausrüstung und der begrenzten Dicke der Kupferschicht konzentriert sich seine Anwendung jedoch hauptsächlich auf den Bereich elektronischer Präzisionsgeräte.

 

Der DBC-Prozess erreicht die Verbindung zwischen Kupferfolie und Keramik durch eine eutektische Kupfer-Sauerstoff-Reaktion und bietet Vorteile wie Prozessreife und hohe Belastbarkeit. Der Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Kupfer und Keramik ist zwar weit verbreitet in der Verpackung von Leistungsmodulen, kann jedoch bei langfristigen thermischen Zyklen zu thermischer Belastung führen, was weitere Verbesserungen der Zuverlässigkeit erforderlich macht.

 

Beim AMB-Prozess wird aktives Metalllot verwendet, um die Verbindung zwischen der Keramik und der Kupferschicht zu verbessern, was eine hervorragende Stabilität in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Leistung zeigt. Mit der Entwicklung von 800-V-Hochspannungsplattformen für Fahrzeuge mit neuer Energie sind AMB-Si₃N₄-Keramiksubstrate zunehmend zur bevorzugten Wahl für Hochleistungs-Leistungsmodule geworden. Komponenten für Hochspannungsanwendungen-wie Keramikgehäuse für HGÜ-Schütze-stellen immer strengere Anforderungen an die Isolationsfähigkeit, mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit von Keramikmaterialien.

 

Neben herkömmlichen Metallisierungsmethoden gewinnen auch neuartige laserunterstützte Metallisierungstechnologien an Bedeutung. Bei diesem Verfahren werden Laser zur Modifizierung der Keramikoberfläche eingesetzt, wodurch die selektive Abscheidung von Metall zur Bildung von Schaltkreisen ermöglicht wird. Es bietet Vorteile wie hohe Bearbeitungspräzision und Designflexibilität. Die keramische Metallisierungstechnologie ist bereit, ihren Anwendungsbereich in der zukünftigen Herstellung präziser elektronischer Strukturkomponenten zu erweitern.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Angetrieben durch das Wachstum neuer Energiefahrzeuge, Energiespeichersysteme und intelligenter Energiegeräte erweitern sich die Anwendungsszenarien für metallisierte Keramikprodukte kontinuierlich. Beispielsweise sorgen metallisierte Keramikgehäuse für Leistungshalbleiter für eine stabile Verpackungsumgebung und erhöhen so die Hitze- und Spannungsbeständigkeit der Geräte. In ähnlicher Weise werden metallisierte Keramik-Isolierrohre häufig in Hochspannungs-Isolierstrukturen verwendet und erfüllen sowohl elektrische Isolations- als auch mechanische Stützfunktionen.

 

Branchentrends deuten darauf hin, dass sich Keramiksubstrate für elektronische Verpackungen in Richtung höherer Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit und Zuverlässigkeit sowie höherer Präzision weiterentwickeln werden. Einerseits wird die Materialforschung Keramiksysteme -wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid-weiter optimieren, um die Wärmemanagementfähigkeiten zu verbessern. Andererseits werden Metallisierungsprozesse die Präzision der Schaltung, die Verbindungsfestigkeit und die Produktionseffizienz weiter verbessern.

 

Angetrieben durch die rasante Verbreitung neuer Energiefahrzeuge, industrieller Steuerungssysteme, Stromversorgungen für Rechenzentren und Speicheranlagen für erneuerbare Energien wird präzisionsmetallisierte Keramik zu einem wichtigen Bestandteil fortschrittlicher elektronischer Verpackungen. Die Optimierung von Keramik-auf--Verbindungstechnologien zur Gewährleistung hochzuverlässiger Verbindungen wird dazu beitragen, die zukünftigen Anforderungen an Sicherheit und Stabilität in elektronischen Hochleistungsgeräten zu erfüllen.

 

Mit Blick auf die Zukunft muss die Branche weiterhin Durchbrüche in Schlüsseltechnologien erzielen,-einschließlich der Herstellung von Keramiken mit hoher-Wärmeleitfähigkeit,-Fehlerarmen Sintern, hochpräziser Schaltungsstrukturierung und umweltfreundlichen Metallisierungsprozessen-. Weiterentwicklung von Produkten wie zmetallisierte Aluminiumoxidkeramik für elektrische Komponentenhin zu höherer Leistung und breiteren Anwendungsfeldern werden die zuverlässigen Grundmaterialien liefern, die für Leistungselektroniksysteme der nächsten{0}}Generation benötigt werden.