สถานการณ์ปัจจุบันและแนวโน้มของการวิจัยด้านการเคลือบโลหะบนพื้นผิวเซรามิก

หลังจากนั้นเซรามิกเมื่อวัสดุตั้งต้นผ่านกระบวนการเผาผนึกและขึ้นรูปแล้ว พื้นผิวของวัสดุจะต้องผ่านการเคลือบโลหะ จากนั้นจึงสร้างลวดลายบนพื้นผิวโดยวิธีการถ่ายโอนภาพ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าของวัสดุเซรามิก การเคลือบโลหะบนพื้นผิวเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตวัสดุเซรามิก เนื่องจากความสามารถในการเปียกของโลหะกับพื้นผิวเซรามิกที่อุณหภูมิสูงจะเป็นตัวกำหนดแรงยึดเกาะระหว่างโลหะและเซรามิก แรงยึดเกาะที่ดีเป็นสิ่งสำคัญในการรับประกันความเสถียรของประสิทธิภาพการบรรจุภัณฑ์ LED ในปัจจุบัน วิธีการเคลือบโลหะบนพื้นผิวเซรามิกที่ใช้กันทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภท ได้แก่ วิธีการเผาไหม้ร่วม (HTCC และ LTCC) วิธีฟิล์มหนา (TFC) วิธีการตกตะกอนทองแดงโดยตรง (DBC) วิธีการตกตะกอนอะลูมิเนียมโดยตรง (DBA) และวิธีการฟิล์มบาง (DPC)

วิธีการเผาแบบร่วม (HTCC/LTCC)

วิธีการเผาร่วมมีสองประเภท ได้แก่ การเผาร่วมที่อุณหภูมิสูง (HTCC) และการเผาร่วมที่อุณหภูมิต่ำ (LTCC) โดยกระบวนการทำงานพื้นฐานจะเหมือนกัน กระบวนการผลิตหลักประกอบด้วยการเตรียมสารละลาย การหล่อและการสร้างแถบ การอบแห้งชิ้นงานดิบ การเจาะรู การพิมพ์สกรีนและการเติมรู การพิมพ์สกรีนวงจร การเรียงซ้อนและการเผาผนึก และการตัดขั้นสุดท้ายและกระบวนการหลังการบำบัดอื่นๆ ผงอลูมินาผสมกับสารยึดเกาะอินทรีย์เพื่อสร้างสารละลาย จากนั้นสารละลายจะถูกแปรรูปเป็นแผ่นด้วยเครื่องขูด หลังจากอบแห้งแล้วจะได้ชิ้นงานเซรามิกดิบ [10] จากนั้นตามข้อกำหนดการออกแบบ จะทำการเจาะรูบนชิ้นงานดิบและเติมผงโลหะลงไป พื้นผิวของชิ้นงานดิบจะถูกเคลือบด้วยลวดลายเส้นโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สกรีน สุดท้าย ชิ้นงานดิบของแต่ละชั้นจะถูกซ้อนและกดเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงนำไปเผาผนึกและขึ้นรูปในเตาเผาร่วม แม้ว่ากระบวนการของวิธีการเผาร่วมทั้งสองแบบจะคล้ายคลึงกัน แต่ช่วงอุณหภูมิการเผาผนึกกลับแตกต่างกันอย่างมาก อุณหภูมิการเผาร่วมสำหรับ HTCC อยู่ที่ 1300 ถึง 1600℃ ในขณะที่อุณหภูมิการเผาผนึกสำหรับ LTCC อยู่ที่ 850 ถึง 900℃ สาเหตุหลักของความแตกต่างนี้อยู่ที่ว่าสารละลายเผาผนึกของ LTCC มีวัสดุแก้วที่สามารถลดอุณหภูมิการเผาผนึกได้ ซึ่งไม่มีอยู่ในสารละลายเผาร่วมของ HTCC แม้ว่าวัสดุแก้วจะสามารถลดอุณหภูมิการเผาผนึกได้ แต่ก็ทำให้ค่าการนำความร้อนของวัสดุพื้นฐานลดลงอย่างมาก

เซรามิกฟิล์มหนา (TFC)

วิธีการผลิตฟิล์มหนา หมายถึง กระบวนการผลิตที่ใช้การเคลือบวางตัวนำไฟฟ้าลงบนพื้นผิวเซรามิกโดยตรงด้วยวิธีการพิมพ์สกรีน จากนั้นจึงทำการยึดชั้นโลหะให้ติดกับพื้นผิวเซรามิกอย่างแน่นหนาด้วยการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง การเลือกใช้สารละลายตัวนำไฟฟ้าแบบฟิล์มหนาเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดกระบวนการผลิตฟิล์มหนา สารละลายนี้ประกอบด้วยเฟสใช้งาน (เช่น ผงโลหะที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่า 2 ไมโครเมตร) เฟสตัวประสาน (สารยึดเกาะ) และตัวพาอินทรีย์ ผงโลหะที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Au, Pt, Au/Pt, Au/Pd, Ag, Ag/Pt, Ag/Pd, Cu, Ni, Al และ W โดยสารละลาย Ag, Ag/Pd และ Cu เป็นที่ใช้กันมากที่สุด สารยึดเกาะโดยทั่วไปคือวัสดุแก้ว โลหะออกไซด์ หรือส่วนผสมของทั้งสองอย่าง หน้าที่ของมันคือการเชื่อมต่อเซรามิกและโลหะ และกำหนดการยึดเกาะของสารละลายฟิล์มหนากับฐานเซรามิก ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการผลิตสารละลายฟิล์มหนา หน้าที่หลักของตัวพาอินทรีย์คือการกระจายเฟสฟังก์ชันและเฟสสารยึดเกาะ พร้อมทั้งรักษาระดับความหนืดของสารละลายฟิล์มหนาให้เหมาะสมเพื่อเตรียมสำหรับการพิมพ์สกรีนในขั้นตอนต่อไป โดยจะค่อยๆ ระเหยไปในระหว่างกระบวนการเผาผนึก

สายทองแดงเชื่อมต่อโดยตรง (DBC)

DBC เป็นวิธีการเคลือบโลหะเพื่อยึดแผ่นฟอยล์ทองแดงเข้ากับพื้นผิวเซรามิก (ส่วนใหญ่เป็น Al2O3 และ AlN) เป็นกระบวนการใหม่ที่พัฒนาขึ้นพร้อมกับการเติบโตของเทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ชิปบนบอร์ด (COB) หลักการพื้นฐานคือการนำธาตุออกซิเจนเข้ามาอยู่ระหว่างทองแดงและเซรามิก จากนั้นจะสร้างเฟสของเหลวแบบยูเทคติก Cu/O ที่อุณหภูมิ 1065 ถึง 1083℃ เฟสนี้จะทำปฏิกิริยากับเมทริกซ์เซรามิกและแผ่นฟอยล์ทองแดงเพื่อสร้าง CuAlO2 หรือ Cu(AlO2)2 และภายใต้การทำงานของเฟสตัวกลาง แผ่นฟอยล์ทองแดงจะยึดติดกับเมทริกซ์ เนื่องจาก AlN จัดอยู่ในกลุ่มเซรามิกที่ไม่ใช่สารประกอบออกไซด์ กุญแจสำคัญของการเคลือบทองแดงบนพื้นผิวจึงอยู่ที่การสร้างชั้นเปลี่ยนผ่าน Al2O3 บนพื้นผิว และการยึดติดอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างแผ่นฟอยล์ทองแดงและเซรามิกพื้นฐานภายใต้การทำงานของชั้นเปลี่ยนผ่านนั้น

การเชื่อมประสานอะลูมิเนียมโดยตรง (DAB)

วิธีการเคลือบอะลูมิเนียมโดยตรงใช้ประโยชน์จากความสามารถในการเปียกที่ดีของอะลูมิเนียมกับเซรามิกในสถานะของเหลวเพื่อให้เกิดการยึดติดของวัสดุทั้งสอง เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 660℃ อะลูมิเนียมแข็งจะกลายเป็นของเหลว หลังจากที่อะลูมิเนียมเหลวเปียกพื้นผิวเซรามิกแล้ว เมื่ออุณหภูมิลดลง นิวเคลียสของผลึกที่เกิดจากอะลูมิเนียมบนพื้นผิวเซรามิกจะตกผลึกและเติบโต เมื่อเย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิห้อง การยึดติดของวัสดุทั้งสองก็จะเกิดขึ้น เนื่องจากอะลูมิเนียมมีปฏิกิริยาสูง จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิดฟิล์ม Al2O3 บนพื้นผิวของอะลูมิเนียมเหลว ซึ่งลดความสามารถในการเปียกของอะลูมิเนียมเหลวบนพื้นผิวเซรามิกอย่างมาก และทำให้การยึดติดทำได้ยาก ดังนั้นจึงต้องกำจัดออกก่อนการยึดติด หรือควรทำการยึดติดภายใต้สภาวะที่ปราศจากออกซิเจน Peng Rong และคณะ [23,27] ใช้วิธีการหล่อขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์กราไฟต์เพื่อกระจายอะลูมิเนียมหลอมเหลวบริสุทธิ์บนพื้นผิวของวัสดุรองรับ Al2O3 และวัสดุรองรับ AlN ภายใต้แรงดัน เนื่องจากฟิล์ม Al2O3 ขาดความลื่นไหล จึงตกค้างอยู่ในแม่พิมพ์ หลังจากเย็นตัวลงแล้ว จึงได้แผ่นรองพื้น DAB ที่ยึดติดแน่นดี

ทองแดงชุบโดยตรง (DPC)

วิธีการผลิตฟิล์มบางเป็นกระบวนการที่ใช้การสะสมไอระเหยทางกายภาพ (เช่น การระเหยในสุญญากาศ การสปัตเตอร์ด้วยแมกเนตรอน เป็นต้น) และเทคนิคอื่นๆ ในการสร้างชั้นโลหะบนพื้นผิวของเซรามิก จากนั้นใช้การปิดบัง การกัด และการดำเนินการอื่นๆ เพื่อสร้างชั้นวงจรโลหะ ในบรรดาวิธีการเหล่านี้ การสะสมไอระเหยทางกายภาพเป็นกระบวนการผลิตฟิล์มบางที่พบได้บ่อยที่สุด