PoceramicznyPodłoże jest spiekane i formowane, jego powierzchnia musi zostać metalizowana, a następnie wzór na powierzchni jest tworzony poprzez transfer obrazu, aby uzyskać parametry połączenia elektrycznego podłoża ceramicznego. Metalizacja powierzchni jest kluczowym etapem w produkcji podłoży ceramicznych. Wynika to z faktu, że zdolność metali do zwilżania powierzchni ceramicznych w wysokich temperaturach determinuje siłę wiązania między metalami a ceramiką. Dobra siła wiązania jest ważną gwarancją stabilności działania obudów diod LED. Obecnie popularne metody metalizacji powierzchni ceramicznych można podzielić na kilka form, w tym metody współwypalania (HTCC i LTCC), metodę grubowarstwową (TFC), metodę bezpośredniego osadzania miedzi (DBC), metodę bezpośredniego osadzania aluminium (DBA) oraz metodę cienkowarstwową (DPC).
Metoda współspalania (HTCC/LTCC)
Istnieją dwa rodzaje metod współwypalania: jedna to współwypalanie w wysokiej temperaturze (HTCC), a druga to współwypalanie w niskiej temperaturze (LTCC). Przepływy procesowe obu są zasadniczo takie same. Główne przepływy procesu produkcyjnego obejmują przygotowanie zawiesiny, odlewanie i wytwarzanie pasów, suszenie surowych brył, wiercenie otworów przelotowych, sitodruk i wypełnianie otworów, obwody sitodruku, nakładanie warstw i spiekanie oraz końcowe krojenie i inne procesy obróbki końcowej. Proszek tlenku glinu jest mieszany z organicznymi spoiwami w celu utworzenia zawiesiny, a następnie zawiesina jest przetwarzana w arkusze za pomocą skrobaka. Po wysuszeniu formowana jest ceramiczna surowa bryła [10]. Następnie, zgodnie z wymaganiami projektowymi, w surowej bryle są obrabiane otwory przelotowe i wypełniane proszkiem metalowym. Powierzchnia surowej bryły jest powlekana wzorem liniowym za pomocą technologii sitodruku. Na koniec surowe bryły każdej warstwy są układane w stos i prasowane razem, a następnie spiekane i formowane w piecu do współwypalania. Chociaż procesy obu metod współwypalania są w przybliżeniu takie same, temperatury spiekania znacznie się różnią. Temperatura współwypalania dla HTCC wynosi od 1300 do 1600°C, a dla LTCC od 850 do 900°C. Główną przyczyną tej różnicy jest fakt, że zawiesina do spiekania LTCC zawiera materiały szklane, które mogą obniżyć temperaturę spiekania, a których nie ma w zawiesinie współwypalanej HTCC. Chociaż materiały szklane mogą obniżyć temperaturę spiekania, prowadzą one do znacznego spadku przewodności cieplnej podłoża.
Ceramika grubowarstwowa (TFC)
Metoda grubowarstwowa odnosi się do procesu produkcyjnego, w którym pasta przewodząca jest bezpośrednio nakładana na podłoże ceramiczne metodą sitodruku, a następnie warstwa metalu jest mocno przytwierdzana do podłoża ceramicznego poprzez spiekanie w wysokiej temperaturze. Wybór grubowarstwowej zawiesiny przewodzącej jest kluczowym czynnikiem decydującym o procesie grubowarstwowym. Składa się ona z fazy funkcjonalnej (tj. proszku metalu o wielkości cząstek mniejszej niż 2 μm), fazy wiążącej (spoiwa) i nośnika organicznego. Typowe proszki metali obejmują Au, Pt, Au/Pt, Au/Pd, Ag, Ag/Pt, Ag/Pd, Cu, Ni, Al i W, spośród których zawiesiny Ag, Ag/Pd i Cu są najpowszechniejsze. Spoiwem jest zazwyczaj materiał szklany, tlenek metalu lub mieszanina obu. Jego funkcją jest połączenie ceramiki i metalu oraz określenie przyczepności grubowarstwowej zawiesiny do ceramicznego podłoża bazowego. Jest to klucz do produkcji grubowarstwowej zawiesiny. Główną funkcją nośnika organicznego jest rozproszenie fazy funkcjonalnej i fazy wiążącej, przy jednoczesnym utrzymaniu określonej lepkości zawiesiny grubowarstwowej, co pozwala na przygotowanie jej do późniejszego sitodruku. Będzie ona stopniowo ulatniać się podczas procesu spiekania.
Miedź bezpośrednio wiązana (DBC)
DBC to metoda metalizacji polegająca na nanoszeniu folii miedzianej na powierzchnie ceramiczne (głównie Al2O3 i AlN). Jest to nowy proces opracowany wraz z rozwojem technologii pakowania chip-on-board (COB). Podstawową zasadą jest wprowadzenie pierwiastków tlenkowych pomiędzy Cu a ceramikę, a następnie utworzenie eutektycznej fazy ciekłej Cu/O w temperaturze 1065–1083°C. Faza ta reaguje następnie z matrycą ceramiczną i folią miedzianą, tworząc CuAlO2 lub Cu(AlO2)2, a pod wpływem fazy pośredniej folia miedziana zostaje połączona z matrycą. Ponieważ AlN należy do ceramiki beztlenkowej, kluczem do pokrycia jej powierzchni warstwą miedzianą jest utworzenie warstwy przejściowej Al2O3 i uzyskanie skutecznego połączenia między folią miedzianą a ceramiką bazową pod wpływem tej warstwy przejściowej.
Bezpośrednie wiązanie aluminium (DAB)
Metoda bezpośredniego powlekania aluminium wykorzystuje dobrą zwilżalność aluminium do ceramiki w stanie ciekłym, aby osiągnąć połączenie obu. Gdy temperatura wzrośnie powyżej 660℃, stałe aluminium upłynnia się. Po zwilżeniu powierzchni ceramicznej przez ciekłe aluminium, wraz ze spadkiem temperatury, zarodki krystalizacji utworzone przez aluminium na powierzchni ceramicznej krystalizują i rosną. Po schłodzeniu do temperatury pokojowej uzyskuje się połączenie obu substancji. Ze względu na wysoką reaktywność aluminium jest ono podatne na utlenianie w wysokich temperaturach, tworząc warstwę Al2O3, która znajduje się na powierzchni ciekłego aluminium, znacznie zmniejszając zwilżalność ciekłego aluminium na powierzchni ceramicznej i utrudniając osiągnięcie połączenia. Dlatego musi zostać usunięta przed wiązaniem lub wiązanie powinno być przeprowadzone w warunkach beztlenowych. Peng Rong i in. [23,27] zastosowali metodę odlewania ciśnieniowego w formie grafitowej, aby rozprowadzić czyste stopione aluminium na powierzchniach podłoża Al2O3 i podłoża AlN pod ciśnieniem. Z powodu braku płynności filmu Al2O3 pozostał on w gnieździe formy. Po ostygnięciu uzyskano dobrze związane podłoże DAB.
Miedź bezpośrednio platerowana (DPC)
Metoda cienkowarstwowa to proces, który wykorzystuje głównie fizyczne osadzanie z fazy gazowej (takie jak naparowywanie próżniowe, rozpylanie magnetronowe itp.) oraz inne techniki do formowania warstwy metalu na powierzchni ceramiki, a następnie maskowanie, trawienie i inne operacje w celu utworzenia warstwy metalowej. Spośród nich, fizyczne osadzanie z fazy gazowej jest najpowszechniejszym procesem wytwarzania cienkich warstw.
Czas publikacji: 16 lipca 2025 r.