電子パッケージングおよびパワーデバイスにおける精密金属セラミックス技術の重要な役割とプロセス制御

実際の用途では、金属化セラミック部品は通常、基板にしっかりと接着されたセラミック表面上に金属層を形成する必要があります。この金属層は、良好な導電性を備えている必要があるだけでなく、その後の溶接プロセス中に安定性を維持し、層間剥離や破損を防ぐ必要があります。したがって、メタライズドセラミックスの核心は、金属層の界面結合強度と密度にあります。一般的なプロセスには、モリブデン-マンガン法と活性金属法が含まれます。これらは高温焼結を使用して金属粉末を拡散させ、セラミックマトリックスと結合させ、それによって安定した遷移層を形成します。

ただし、セラミック-と-金属の接合は、単純な材料の積層プロセスではありません。それは本質的に、材料科学、熱力学、界面工学が関与する複雑なプロセスです。まず、セラミックと金属の熱膨張係数の違いが、界面亀裂の主な原因の 1 つです。加熱および冷却中、2 つの材料の収縮と膨張は非同期で行われ、界面に大きな熱応力が発生します。したがって、メタライズドセラミックプロセスを設計するときは、通常、応力集中の問題を軽減するために、中間遷移層を導入するか、より一致する係数を持つ金属材料を選択する必要があります。

第二に、セラミック材料自体の導電率が非常に低いため、従来の溶接方法を使用した直接接合は不可能です。したがって、その後の溶接やろう付けを行う前に、まずメタライゼーションによって表面に導電層を形成する必要があります。これが、アルミナメタライズドセラミックが電子パッケージングの分野で広く使用されている主な理由の 1 つです。さらに、セラミックは比較的脆く、耐熱衝撃性が限られています。溶接プロセス中、亀裂や構造的損傷を避けるために、温度勾配と冷却速度を厳密に制御する必要があります。

プロセス制御の観点から見ると、メタライゼーションの品質に影響を与える要因には、主にメタライゼーションの配合、焼結温度と保持時間、金属層の微細構造が含まれます。合理的な配合設計は、高強度の金属化セラミック部品を実現するための基礎です。-金属粉末と添加剤の比率の違いは、最終的な接合強度と導電性に直接影響します。焼結温度は通常、低温、中温、高温、超高温の範囲に分けられます。-温度が低すぎると金属粒子の拡散が不十分となり、温度が高すぎると金属層が脆化したり剥離したりする可能性があります。したがって、安定した性能を得るには、焼結曲線を正確に制御することが重要です。

微細構造に関しては、高品質のメタライゼーション層は、界面間の移行が滑らかで、明らかな脆性相がない、緻密で均一な微細構造を示す必要があります。{0}この構造により、溶接の信頼性が向上するだけでなく、亀裂の伝播が効果的に抑制され、全体的な寿命が延長されます。たとえば、精密金属化アルミナ セラミック コンポーネントでは、粉末の粒度分布と焼結プロセスを最適化することで、通常、金属層内に連続的で緻密な導電ネットワークが形成され、高信頼性アプリケーションの要求を満たします。-

さらに、粉末粒子サイズ、コーティング方法、コーティングの厚さなどのプロセスパラメータも最終品質に大きな影響を与えます。粉末が細かすぎると凝集しやすくなり、コーティングの均一性に影響します。粉末が粗すぎると、より高い焼結温度が必要となり、プロセスウィンドウの制御が困難になります。したがって、高純度アルミナ精密高度セラミックメタライゼーション部品の製造では、通常、アルミナセラミック部品の各バッチの精密機械加工の一貫性と安定性を確保するために、厳密なプロセス検証とパラメータの最適化が必要です。