Metallisierte Keramiken sind Verbundwerkstoffe, die Metall und Keramik durch einen speziellen Prozess verbinden. Sie kombinieren die hohe Härte, hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Keramik mit der elektrischen Leitfähigkeit und Bearbeitbarkeit von Metallen. Ihre Kerntechnologie besteht darin, durch Oberflächenmodifizierung eine zuverlässige Verbindung zwischen Keramik und Metall und Metall zu erreichen. Sie werden häufig in Bereichen wie Elektronikverpackungen, Energie und Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Im Folgenden finden Sie eine umfassende Analyse der technischen Prinzipien, Anwendungsszenarien, des Branchenstatus und der Entwicklungstrends:
Technische Grundlagen und Prozessklassifizierung
Bei der Herstellung von Metallisierungskeramiken müssen Probleme wie der Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Keramik und Metall sowie eine unzureichende Grenzflächenbindungsfestigkeit angegangen werden. Zu den Mainstream-Prozessen gehören:
1. Hoch-Co-Brennen (HTCC/LTCC):Der Grünkörper und der Metallleiter aus metallisierter Aluminiumoxidkeramik werden gleichzeitig bei hohen Temperaturen gesintert, um eine integrierte Struktur zu bilden. Dies ist für Hochfrequenz-Schaltungssubstrate geeignet.
2. Direkt gebundenes Kupfer (DBC):Bei dieser Methode wird die Kupferfolie durch Hochtemperaturschmelzen direkt mit dem Substrat der metallisierten Keramikkomponenten verbunden. Diese Methode bietet eine hohe Wärmeleitfähigkeit (über 200 W/m·K) und wird hauptsächlich bei der Verpackung von Leistungsgeräten eingesetzt.
3. Aktives Metalllöten (AMB):Durch die Verwendung von Lötfüllmetallen, die aktive Elemente wie Titan enthalten, um eine metallurgische Bindung auf der keramischen Metallisierungsoberfläche zu bilden und eine Metallschichtbindungsfestigkeit von mehr als 15 N/mm² zu erreichen, ist dieses Verfahren das gängige Verfahren für Siliziumnitrid-Substrate.
4. Sputtern-Galvanisieren von Verbundwerkstoffen (SBC):Durch Vakuumsputtern wird eine Keimschicht gebildet, gefolgt von einer verdickten Metallschicht durch Elektroplattieren, wodurch eine „nullporige“ Metallisierung erreicht wird. Die Haftfestigkeit beträgt mehr als 30 N/mm² und ist mit einer Vielzahl metallisierter Aluminiumoxidkeramikmaterialien kompatibel.
Kernleistung und Anwendungen
Die Leistungsvorteile von metallisiertem Aluminiumoxid haben ihnen eine herausragende Position in der High-End-Fertigung eingebracht:
Hohe Wärmeleitfähigkeit:Aluminiumnitrid-Substrate bieten eine Wärmeleitfähigkeit von 180–270 W/m·K und sind damit deutlich besser als herkömmliche Aluminiumoxid-Substrate (20–30 W/m·K). Sie werden häufig in 5G-Basisstations-HF-Geräten und IGBT-Modulen für neue Energiefahrzeuge eingesetzt.
Hohe Isolierung:Mit einem Isolationswiderstand von über 10¹²Ω bei Hochspannungen über 1000 V eignen sie sich für Hochspannungsübertragungsgeräte und Avionik-Steuerungssysteme. Extreme Umweltbeständigkeit: Hält Temperaturzyklen von -196 Grad bis 200 Grad stand und sorgt für eine stabile Leistung in Hochtemperaturkomponenten von Flugzeugtriebwerken und Geräten zur Erforschung des Weltraums.
Typische Anwendungsszenarien:
1. Halbleitergehäuse: Dient als Chipträger und Kühlkörper und unterstützt die Integration fortschrittlicher Prozesschips mit hoher -Dichte.
2. Neue Energie: Siliziumnitrid-Substrate für IGBT-Module sind Kernkomponenten von Motorsteuerungen für neue Energiefahrzeuge und wirken sich direkt auf die Energieeffizienz von Fahrzeugen aus.
3. Luft- und Raumfahrt: Die Brennkammerauskleidungen von Raketentriebwerken und Satellitenstrommodule nutzen Aluminiumoxid-Keramikkomponenten, um extremen Temperaturen und Vibrationen standzuhalten.
4. Industrielle Automatisierung: Hochtemperatursensoren und Präzisionsinstrumentenkomponenten sind auf ihre Stabilität angewiesen.
Als Schlüsselmaterial für die High-End-Fertigung-metallisierte Keramik„Technologische Durchbrüche und industrielle Modernisierungen sind von großer Bedeutung für die unabhängige und kontrollierte Entwicklung der strategischen aufstrebenden Industrien Chinas.“ Mit der Weiterentwicklung der inländischen Produktion und der kontinuierlichen Erweiterung der Anwendungsszenarien wird erwartet, dass dieser Sektor innerhalb des nächsten Jahrzehnts einen Sprung vom „Folgen“ zum „Mitlaufen“ und sogar „Führend“ schaffen wird.
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