Na področju visoko{0}}zanesljive elektronske embalaže in visoko{1}}temperaturnih strukturnih povezav je bila stabilna povezava med keramiko in kovinami vedno ključni tehnični izziv. Strukturna keramika, ki jo predstavlja aluminijev oksid, ima visoko trdoto, visoko izolacijo in odlično toplotno odpornost, vendar njihova krhkost in površinska inertnost otežujeta direktno varjenje na kovine. Za doseganje zanesljivih povezav keramike-in-kovine so postopki metalizacije postali osrednja komponenta, pri čemer imata metoda Mo-Mn in njena izboljšana metoda aktiviranega Mo-Mn ključno vlogo v inženirskih aplikacijah.
Tradicionalni Mo-Mn metalizacijski mehanizem in značilnosti vmesnika
Tradicionalna metoda Mo-Mn vključuje prevleko substrata Al2O3 z goščo, ki vsebuje kovinski prah molibdena in mangana, čemur sledi sintranje pri visoki-temperaturi, da se tvori metalizirana plast. Študije so pokazale, da ko sta Mo-mo in Mn visoke čistosti pomešana v razmerju 80:20 za obdelavo metalizirane keramike, ima nastala kovinska plast odlično medfazno vez s podlago iz aluminijevega oksida.
Podatki o testiranju nanoindentacije kažejo, da je nanotrdnost substrata Al2O3, medfazne plasti in kovinske prevleke približno 14 GPa, 5,5 GPa oziroma 1,5 GPa. Trdota se postopoma zmanjšuje od keramične podlage do kovinske plasti in tvori neprekinjeno gradientno strukturo. Ta gradientni vmesnik učinkovito blaži toplotno obremenitev, ki jo povzroča neusklajenost toplotnega raztezanja, prispeva k izboljšani odpornosti spoja na toplotne udarce in omogoča dolgoročno-delovanje metaliziranih keramičnih komponent v okoljih z višjo-temperaturo.
Med sintranjem delci Mo najprej tvorijo neprekinjeno strukturo ogrodja, medtem ko Mn sodeluje v medfazni reakciji in pospešuje vezavo s fazo keramičnega stekla. Pri visokih temperaturah majhna količina steklaste faze migrira iz notranjosti keramike proti metalizacijskemu sloju, zapolni pore in poveča trdnost medfazne vezi. Ta proces difuzije in migracije je ključna podlaga za nastanek stabilnih vezi v tradicionalni tehnologiji metalizacije keramike.
Vendar ima tradicionalna metoda Mo-Mn precejšnje pomanjkljivosti. Prvič, zahteva visoke temperature sintranja in porabi veliko energije. Drugič, pomanjkanje aktivatorjev v sistemu kovinskega prahu ima za posledico omejeno površinsko omočljivost, kar omejuje možnost izboljšanja trdnosti tesnjenja. Zato so bili postopoma razviti izboljšani procesi za-aplikacije višjega cenovnega razreda.
Pot tehnične izboljšave metode z aktiviranim Mo-Mn
Metoda z aktiviranim Mo-Mn je optimizacija tradicionalnega postopka z glavnim ciljem znižanja temperature metalizacije in izboljšanja reaktivnosti na površini. Izboljšave večinoma spadajo v dve kategoriji: prvič, dodajanje aktivatorjev v formulacijo; drugič, zamenjava nekaj kovinskega prahu z molibdenovim ali manganovim oksidom ali soljo.
V pogojih metalizacije se delci Mo sintrirajo in tvorijo gobasto-strukturo ogrodja. Kovinski Mn se oksidira v MnO, ki je nato podvržen difuzijski reakciji z dodanimi Al2O3, SiO2, CaO in drugimi komponentami, pri čemer nastane talina z nizkim tališčem in nizko viskoznostjo. Ta talina kaže dobro omočljivost za Mo in se lahko meša z majhno količino steklaste faze, ki je prisotna v 95 mas. % Al2O3 keramiki.
Tvorba te taline z nizko-viskoznostjo znatno pospeši migracijo steklaste faze iz notranjosti keramike v pore metalizacijske plasti, s čimer se izboljša mehansko prepletanje in kemična vez na vmesniku. V primerjavi s tradicionalnimi metodami aktiviran postopek Mo-Mn tvori gostejšo metalizirano keramično strukturo na vmesniku, kar izboljša splošno zanesljivost lepljenja.
Prednosti delovanja in pomen uporabe
Medtem ko je metoda z aktiviranim Mo-Mn zapletena in razmeroma draga, ponuja močno medfazno vez in odlično omočljivost, kar bistveno izboljša trdnost tesnila in stabilnost termičnega cikla. Zato ima široko uporabo pri izdelavi visoko{2}}natančnih keramičnih metaliziranih delov iz aluminija visoke čistosti.
V zmogljivi-elektronski embalaži, vakuumskih napravah, ohišjih senzorjev in visoko{1}}temperaturnih strukturnih komponentah metalizirane keramične strukture pogosto prenesejo toplotne udarce in mehanske obremenitve. Oblikovanje gradientnih vmesnikov in nizko-krhkih faz pomaga izboljšati odpornost proti razpokam in dolgoročno-uporabno stabilnost.
Poleg tega je mogoče z optimizacijo razmerja formulacije in postopka sintranja dodatno nadzorovati poroznost površine in debelino kovinske plasti, s čimer dosežemo ponovljivo delovanje in stabilno množično proizvodnjo metaliziranih keramičnih komponent.
Trendi tehnološkega razvoja
Prihodnji razvoj tehnologije keramične metalizacije se bo v glavnem osredotočal na tri vidike: prvič, nadaljnje znižanje temperature metalizacije za zmanjšanje porabe energije in zmanjšanje toplotne napetosti matrice; drugič, izboljšanje enotnosti vmesnika s prahom v nanometru in natančnim nadzorom formulacije; in tretjič, združevanje naprednih karakterizacijskih metod za izvajanje-poglobljenih raziskav o kinetiki medfazne reakcije in mehanizmih migracije stekla.
Na področju visokokakovostne-elektronske embalaže in natančnih strukturnih komponent se zahteve glede hermetičnosti in mehanske trdnosti metalizirane keramike nenehno povečujejo. Z izboljšanjem sistema aktivatorja in postopka sintranja se pričakuje, da bo mogoče ohraniti visoko trdnost lepljenja ob zmanjšanju stroškov in izboljšanju učinkovitosti proizvodnje.
kontaktirajte nas
Za dodatne informacije okeramična metalizacijaprocesov in aplikacij, vas prosimo, da nas kontaktirate, da se pogovorimo o tehničnih podrobnostih in smernicah prihodnjega razvoja.
