המצב והמגמה הנוכחיים של מחקר מטליזציה על משטחי מצעים קרמיים

אחרי הקֵרָמִיהמצע עובר סינטור ועיצוב, יש צורך למתכת את פני השטח שלו, ולאחר מכן נוצרת דוגמת פני השטח באמצעות העברת תמונה כדי להשיג את ביצועי החיבור החשמלי של המצע הקרמי. מתכת פני השטח היא שלב מכריע בייצור מצעים קרמיים. הסיבה לכך היא שיכולת ההרטבה של מתכות למשטחים קרמיים בטמפרטורות גבוהות קובעת את כוח הקישור בין מתכות לקרמיקה. כוח קישור טוב הוא ערובה חשובה ליציבות ביצועי אריזת ה-LED. כיום, ניתן לסווג באופן גס את שיטות המתכת הנפוצות על משטחים קרמיים למספר צורות, כולל שיטות שריפה משותפת (HTCC ו-LTCC), שיטת שכבה עבה (TFC), שיטת שיקוע נחושת ישירה (DBC), שיטת שיקוע אלומיניום ישירה (DBA) ושיטת שכבה דקה (DPC).

שיטת שריפה משותפת (HTCC/LTCC)

ישנם שני סוגים של שיטות שריפה משותפת: האחת היא שריפה משותפת בטמפרטורה גבוהה (HTCC), והשנייה היא שריפה משותפת בטמפרטורה נמוכה (LTCC). תהליכי התהליך של שתיהן זהים בעיקרון. תהליכי הייצור העיקריים כוללים הכנת תרחיף, יציקה ויצירת רצועות, ייבוש גופים ירוקים, קידוח חורים, הדפסת משי ומילוי חורים, מעגלי הדפסת משי, שכבות וסינטור, ותהליכי חיתוך סופיים ותהליכים אחרים לאחר הטיפול. אבקת אלומינה מעורבבת עם חומרים קלסרים אורגניים ליצירת תרחיף, ולאחר מכן התרחיף מעובד ליריעות בעזרת מגרד. לאחר הייבוש, נוצר גוף ירוק קרמי [10]. לאחר מכן, בהתאם לדרישות התכנון, מעובדים חורים עוברים על הגוף הירוק וממולאים באבקת מתכת. פני הגוף הירוק מצופים בתבנית קווים באמצעות טכנולוגיית הדפסת משי. לבסוף, הגופים הירוקים של כל שכבה נערמים ולוחצים יחד, ולאחר מכן מסונטרים ונוצרים בכבשן שריפה משותפת. למרות שתהליכי שתי שיטות השריפה המשותפת זהים פחות או יותר, טמפרטורות הסינטור משתנות מאוד. טמפרטורת השריפה המשותפת עבור HTCC היא 1300 עד 1600 מעלות צלזיוס, בעוד שטמפרטורת הסינטור עבור LTCC היא 850 עד 900 מעלות צלזיוס. הסיבה העיקרית להבדל זה טמונה בעובדה שתרחיף הסינטור של LTCC מכיל חומרי זכוכית שיכולים להוריד את טמפרטורת הסינטור, שאינם קיימים בתרחיף השריפה המשותפת של HTCC. למרות שחומרי זכוכית יכולים להוריד את טמפרטורת הסינטור, הם מובילים לירידה משמעותית במוליכות התרמית של המצע.

קרמיקה עבה (TFC)

שיטת הסרט העבה מתייחסת לתהליך ייצור שבו משחה מוליכה מצופה ישירות על גבי מצע קרמי באמצעות הדפסת משי, ולאחר מכן שכבת המתכת מודבקת היטב למצע הקרמי באמצעות סינטור בטמפרטורה גבוהה. בחירת תרחיף מוליך הסרט העבה היא גורם מפתח בקביעת תהליך הסרט העבה. הוא מורכב מפאזה פונקציונלית (כלומר, אבקת מתכת עם גודל חלקיקים של פחות מ-2 מיקרומטר), פאזה מקשר (קלסר) ונשא אורגני. אבקות מתכת נפוצות כוללות Au, Pt, Au/Pt, Au/Pd, Ag, Ag/Pt, Ag/Pd, Cu, Ni, Al ו-W, כאשר תרחיפים של Ag, Ag/Pd ו-Cu הם הנפוצים ביותר. הקלסר הוא בדרך כלל חומר זכוכית, תחמוצת מתכת או תערובת של שניהם. תפקידו לחבר את הקרמיקה והמתכת ולקבוע את הידבקות תרחיף הסרט העבה לקרמיקה הבסיסית. זהו המפתח לייצור תרחיף הסרט העבה. התפקיד העיקרי של הנשא האורגני הוא לפזר את הפאזה הפונקציונלית ואת פאזת הקישור, תוך שמירה על צמיגות מסוימת של תרחיף הסרט העבה כהכנה להדפסת המסך הבאה. הוא יתנדף בהדרגה במהלך תהליך הסינטור.

נחושת מחוברת ישירות (DBC)

DBC היא שיטת מטליזציה להדבקת נייר נחושת על משטחים קרמיים (בעיקר Al2O3 ו-AlN). זהו תהליך חדש שפותח עם עליית טכנולוגיית האריזה של שבבים על לוח (COB). העיקרון הבסיסי הוא להכניס יסודות חמצן בין נחושת לקרמיקה, ולאחר מכן ליצור פאזה נוזלית אוטקטית של נחושת/אוטקטית בטמפרטורה של 1065 עד 1083 מעלות צלזיוס. פאזה זו מגיבה לאחר מכן עם המטריצה ​​הקרמית ורדיד הנחושת ליצירת CuAlO2 או Cu(AlO2)2, ותחת פעולת הפאזה הביניים, רדיד הנחושת נקשר למטריצה. מכיוון ש-AlN שייך לקרמיקה שאינה תחמוצת, המפתח לציפוי נחושת על פני השטח שלו טמון ביצירת שכבת מעבר Al2O3 על פני השטח שלו, ובהשגת קשר יעיל בין רדיד הנחושת לקרמיקה הבסיסית תחת פעולת שכבת המעבר.

אלומיניום מודבק ישירות (DAB)

שיטת ציפוי האלומיניום הישיר מנצלת את יכולת ההרטבה הטובה של אלומיניום לקרמיקה במצב נוזלי כדי להשיג את הקשר בין השניים. כאשר הטמפרטורה עולה מעל 660 מעלות צלזיוס, אלומיניום מוצק מתנזל. לאחר שהאלומיניום הנוזלי מרטיב את פני השטח הקרמיים, עם הירידה בטמפרטורה, גרעיני הגביש המסופקים על ידי האלומיניום על פני השטח הקרמיים מתגבשים וגדלים. כאשר הוא מקורר לטמפרטורת החדר, מושג השילוב של השניים. בשל הריאקטיביות הגבוהה של אלומיניום, הוא נוטה לחמצון בטמפרטורות גבוהות ויוצר שכבת Al2O3 שקיים על פני השטח של נוזל האלומיניום, מה שמפחית משמעותית את יכולת ההרטבה של נוזל האלומיניום על פני השטח הקרמיים ומקשה על השגת הקשר. לכן, יש להסירה לפני הקשר או שהקשר צריך להתבצע בתנאים נטולי חמצן. פנג רונג ואחרים [23,27] אימצו את שיטת יציקת גרפיט בתבנית כדי לפזר אלומיניום מותך טהור על פני השטח של מצע Al2O3 ומצע AlN תחת לחץ. בשל חוסר הנוזליות של שכבת ה-Al2O3, היא נשארה בחלל התבנית. לאחר קירור, התקבל מצע DAB קשור היטב.

נחושת מצופה ישירה (DPC)

שיטת הסרט הדק היא תהליך המשתמש בעיקר בשיקוע אדים פיזיקלי (כגון אידוי ואקום, התזה מגנטרונית וכו') וטכניקות אחרות ליצירת שכבת מתכת על פני השטח של קרמיקה, ולאחר מכן משתמש במיסוך, איכול ופעולות אחרות ליצירת שכבת מעגל מתכת. ביניהן, שיקוע אדים פיזיקלי הוא תהליך ייצור הסרט הדק הנפוץ ביותר.