კერამიკული სუბსტრატის ზედაპირებზე მეტალიზაციის კვლევის ამჟამინდელი მდგომარეობა და ტენდენცია

შემდეგკერამიკასუბსტრატის შედუღების და ფორმირების შემდეგ, მისი ზედაპირი უნდა იყოს მეტალიზებული, შემდეგ კი ზედაპირის ნიმუში იქმნება გამოსახულების გადაცემის გზით, რათა მიღწეული იქნას კერამიკული სუბსტრატის ელექტრული შეერთების მახასიათებლები. ზედაპირის მეტალიზაცია კერამიკული სუბსტრატების დამზადების მნიშვნელოვანი ეტაპია. ეს იმიტომ ხდება, რომ ლითონების კერამიკულ ზედაპირებთან დასველების უნარი მაღალ ტემპერატურაზე განსაზღვრავს ლითონებსა და კერამიკას შორის შემაკავშირებელ ძალას. კარგი შემაკავშირებელი ძალა LED შეფუთვის სტაბილურობის მნიშვნელოვანი გარანტიაა. ამჟამად, კერამიკულ ზედაპირებზე მეტალიზაციის გავრცელებული მეთოდები შეიძლება დაახლოებით კლასიფიცირდეს რამდენიმე ფორმად, მათ შორის ერთობლივი წვის მეთოდები (HTCC და LTCC), სქელი ფენის მეთოდი (TFC), სპილენძის პირდაპირი დეპონირების მეთოდი (DBC), ალუმინის პირდაპირი დეპონირების მეთოდი (DBA) და თხელი ფენის მეთოდი (DPC).

ერთობლივი წვის მეთოდი (HTCC/LTCC)

არსებობს თანაგამოწვის ორი ტიპი: ერთი არის მაღალტემპერატურული თანაგამოწვა (HTCC) და მეორე - დაბალტემპერატურული თანაგამოწვა (LTCC). ორივე მეთოდის ტექნოლოგიური პროცესები ძირითადად იდენტურია. წარმოების ძირითადი პროცესები მოიცავს სუსპენზიის მომზადებას, ჩამოსხმას და ზოლების გენერირებას, მწვანე სხეულების გაშრობას, ხვრელების ბურღვას, ტრაფარეტულ ბეჭდვას და ხვრელების შევსებას, ტრაფარეტულ ბეჭდვის სქემებს, ფენებად დაწყობას და შედუღებას, ასევე საბოლოო დაჭრას და სხვა შემდგომი დამუშავების პროცესებს. ალუმინის ფხვნილი შერეულია ორგანულ შემკვრელებთან სუსპენზიის წარმოსაქმნელად, შემდეგ სუსპენზია მუშავდება ფურცლებად საფხეკით. გაშრობის შემდეგ, წარმოიქმნება კერამიკული მწვანე სხეული [10]. შემდეგ, დიზაინის მოთხოვნების შესაბამისად, მწვანე სხეულზე მუშავდება გამჭოლი ხვრელები და ივსება ლითონის ფხვნილით. მწვანე სხეულის ზედაპირი დაფარულია ხაზების ნიმუშით ტრაფარეტული ბეჭდვის ტექნოლოგიით. და ბოლოს, თითოეული ფენის მწვანე სხეულები ერთმანეთზე იკვრება და იწნეხება, შემდეგ კი სინთეზირდება და ყალიბდება თანაგამოწვის ღუმელში. მიუხედავად იმისა, რომ ორივე თანაგამოწვის მეთოდის პროცესები დაახლოებით იგივეა, შედუღების ტემპერატურა მნიშვნელოვნად განსხვავდება. HTCC-ის თანაგამოწვის ტემპერატურა 1300-დან 1600℃-მდეა, ხოლო LTCC-ის შეწვის ტემპერატურა 850-დან 900℃-მდე. ამ განსხვავების მთავარი მიზეზი ის არის, რომ LTCC შეწვის სუბსტრატი შეიცავს მინის მასალებს, რომლებსაც შეუძლიათ შეწვის ტემპერატურის შემცირება, რომლებიც არ არის წარმოდგენილი HTCC-ის თანაგამოწვის სუბსტრატში. მიუხედავად იმისა, რომ მინის მასალებს შეუძლიათ შეწვის ტემპერატურის შემცირება, ისინი იწვევენ სუბსტრატის თბოგამტარობის მნიშვნელოვან შემცირებას.

სქელი ფირის კერამიკა (TFC)

სქელი ფენის მეთოდი გულისხმობს წარმოების პროცესს, რომლის დროსაც გამტარი პასტა პირდაპირ კერამიკულ სუბსტრატზე იფარება ტრაფარეტული ბეჭდვის გზით, შემდეგ კი ლითონის ფენა მყარად ეკვრება კერამიკულ სუბსტრატს მაღალტემპერატურული შედუღების გზით. სქელი ფენის გამტარი სუსპენზიის შერჩევა სქელი ფენის პროცესის განსაზღვრის მთავარი ფაქტორია. იგი შედგება ფუნქციური ფაზისგან (ანუ ლითონის ფხვნილი 2 მკმ-ზე ნაკლები ნაწილაკების ზომით), შემკვრელის ფაზისგან (შემკვრელი) და ორგანული მატარებლისგან. გავრცელებული ლითონის ფხვნილებია Au, Pt, Au/Pt, Au/Pd, Ag, Ag/Pt, Ag/Pd, Cu, Ni, Al და W, რომელთა შორის ყველაზე გავრცელებულია Ag, Ag/Pd და Cu სუსპენზიები. შემკვრელი, როგორც წესი, არის მინის მასალა, ლითონის ოქსიდი ან ორივეს ნარევი. მისი ფუნქციაა კერამიკისა და ლითონის დაკავშირება და სქელი ფენის სუსპენზიის ადჰეზიის განსაზღვრა ძირითად კერამიკასთან. ეს არის სქელი ფენის სუსპენზიის წარმოების გასაღები. ორგანული მატარებლის ძირითადი ფუნქციაა ფუნქციური ფაზის და შემკვრელის ფაზის გაფანტვა, სქელი აპკის სუსპენზიის გარკვეული სიბლანტის შენარჩუნებით, შემდგომი ტრაფარეტული ბეჭდვისთვის მოსამზადებლად. შედუღების პროცესის დროს ის თანდათან აქროლებს.

პირდაპირ შეკავშირებული სპილენძი (DBC)

DBC არის სპილენძის ფოლგის კერამიკულ ზედაპირებზე (ძირითადად Al2O3 და AlN) შეწებების მეტალიზაციის მეთოდი. ეს არის ახალი პროცესი, რომელიც შემუშავდა ჩიპზე დაფაზე (COB) შეფუთვის ტექნოლოგიის გაჩენასთან ერთად. ძირითადი პრინციპია ჟანგბადის ელემენტების შეყვანა Cu-სა და კერამიკას შორის, შემდეგ კი Cu/O ევტექტიკური თხევადი ფაზის წარმოქმნა 1065-დან 1083℃-მდე ტემპერატურაზე. ეს ფაზა შემდეგ რეაგირებს კერამიკულ მატრიცასთან და სპილენძის ფოლგასთან CuAlO2 ან Cu(AlO2)2-ის წარმოქმნით, და შუალედური ფაზის მოქმედებით, სპილენძის ფოლგა მატრიცას უკავშირდება. რადგან AlN მიეკუთვნება არაოქსიდურ კერამიკას, მის ზედაპირზე სპილენძის დაფარვის გასაღები მდგომარეობს მის ზედაპირზე Al2O3 გარდამავალი ფენის ფორმირებაში და სპილენძის ფოლგასა და ძირითად კერამიკას შორის ეფექტური შეერთების მიღწევაში გარდამავალი ფენის მოქმედებით.

პირდაპირი ალუმინის შეერთება (DAB)

ალუმინის პირდაპირი დაფარვის მეთოდი იყენებს ალუმინის კარგ დასველებადობას თხევად მდგომარეობაში მყოფ კერამიკასთან, რათა მიღწეულ იქნას ორივეს შეკავშირება. როდესაც ტემპერატურა 660℃-ზე მაღლა იწევს, მყარი ალუმინი თხევადდება. მას შემდეგ, რაც თხევადი ალუმინი დაასველებს კერამიკულ ზედაპირს, ტემპერატურის ვარდნისას, ალუმინის მიერ კერამიკულ ზედაპირზე არსებული კრისტალური ბირთვები კრისტალიზდება და იზრდება. ოთახის ტემპერატურამდე გაცივებისას, მიიღწევა ორივეს კომბინაცია. ალუმინის მაღალი რეაქტიულობის გამო, ის მიდრეკილია დაჟანგვისკენ მაღალ ტემპერატურაზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება Al2O3 ფენა, რომელიც არსებობს ალუმინის სითხის ზედაპირზე, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს ალუმინის სითხის დასველებადობას კერამიკულ ზედაპირზე და ართულებს შეკავშირების მიღწევას. ამიტომ, ის უნდა მოიხსნას შეკავშირებამდე, წინააღმდეგ შემთხვევაში შეკავშირება უნდა განხორციელდეს უჟანგბადო პირობებში. პენგ რონგმა და სხვებმა [23,27] გამოიყენეს გრაფიტის ყალიბის ჩამოსხმის მეთოდი, რათა წნევით გაანაწილონ სუფთა გამდნარი ალუმინი Al2O3 სუბსტრატის და AlN სუბსტრატის ზედაპირებზე. Al2O3 ფენის სითხის ნაკლებობის გამო, ის ყალიბის ღრუში რჩებოდა. გაგრილების შემდეგ, მიღებულ იქნა კარგად შეკრული DAB სუბსტრატი.

პირდაპირ მოოქროვილი სპილენძი (DPC)

თხელი ფენის მეთოდი არის პროცესი, რომელიც ძირითადად იყენებს ფიზიკურ ორთქლის დეპონირებას (როგორიცაა ვაკუუმური აორთქლება, მაგნეტრონული გაფრქვევა და ა.შ.) და სხვა ტექნიკას კერამიკის ზედაპირზე ლითონის ფენის ფორმირებისთვის, შემდეგ კი იყენებს მასკირებას, გრავირებას და სხვა ოპერაციებს ლითონის წრედის ფენის ფორმირებისთვის. მათ შორის, ფიზიკური ორთქლის დეპონირება თხელი ფენის წარმოების ყველაზე გავრცელებული პროცესია.