0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

陶瓷邂逅金属化新技术,未来5G再下一城

新材料在线 来源:新材料在线 2023-06-15 15:59 次阅读

为什么说”5G时代,是陶瓷时代”?

5G通信技术已成为世界各国发展的重要战略,不管是在关键元器件、上游材料制备还是在网络部署等方面都开始积极布局,抢先发展先机。而随着5G时代的到来,半导体芯片功率不断增加,轻型化和高集成度的发展趋势日益明显,散热问题的重要性也越来越突出,这无疑对封装散热材料提出了更为严苛的要求。

陶瓷作为新兴的电子材料,具备较高的导热性、低介电损耗、绝缘性、耐热性、强度以及与芯片匹配的热膨胀系数,是功率型电子元器件理想的封装散热材料,成为国内外企业进军5G时代的重要选择。

金属化助力陶瓷突破应用难题

陶瓷材料(包括盐类陶瓷、碳化硅等)在应用场景中,经常需要进行焊接、刻蚀线路或者实现屏蔽等等,但是陶瓷材料与金属焊接往往存在诸多难点:

1.大多数陶瓷类材料与金属层的结合难度较大,且热膨胀系数差异较大,极易导致分离、起泡、产生裂纹等问题。

2.氮化铝、碳化硅、金刚石等高热导材料,当下在发热器件与冷却单元之间最佳连接方式是焊接,如金锡焊接;焊接温度较高,在高低温冲击下,不同热膨胀系数的材料界面极易产生分离,造成失效及热传递失效;

3.大部分陶瓷导电性差,甚至不导电,很难用电焊的方法。

4.由于陶瓷材料多为共价晶体,不易产生变形,经常发生脆性断裂。目前大多利用中间层降低焊接温度,间接扩散法进行焊接。

5.陶瓷与金属焊接的结构设计与普通焊接有所区别,通常分为平封结构、套封结构、针封结构和对封结构,其中套封结构效果最好,这些接头结构制作要求都很高。

因此需要对陶瓷材料进行金属化,即在陶瓷表面敷一层与陶瓷粘结牢固而又不易被熔化的金属薄膜,使其导电,随后用焊接工艺与金属引线或其他金属导电层相连接而成为一体。

如何对高热导率陶瓷材料进行强结合金属化,应对高温焊接及应对长期使用过程中高低温振荡,成为亟待深入研究的热门话题

目前常用金属化方式有厚膜金属化、薄膜金属化、直接敷铜法金属化、共烧法金属化(HTCC/LTCC)、化学镀金属化等;

1

厚膜金属化

厚膜法是在基板上通过丝网印刷技术、微笔直写技术和喷墨打印技术等微流动直写技术在基板上直接沉积导电浆料,经高温烧结形成导电线路和电极的方法,该方法适用于大部分陶瓷基板。

厚膜导电浆料一般由尺寸微米甚至纳米级的金属粉末和少量玻璃粘结剂再加上有机溶剂组成。在高温下浆料中的玻璃粘结剂与基板相结合,使导电相粘附在基板表面,形成导电线路。

03c9c9ec-0b04-11ee-962d-dac502259ad0.png

厚膜法工艺简单,但受限于导电浆料和丝网尺寸,制备的导线最小线宽难以低于60μm,并且无法制作三维图形,因此不适合小批量、精细基板的生产。并且,采用厚膜法成形的导电线路电学性能较差,因此采用厚膜法的陶瓷基板仅能用于对功率和尺寸要求较低的电子器件中。

2

薄膜金属化

薄膜金属化法采用溅射镀膜等真空镀膜法使膜材料和基板结合在一起,通常在多层结构基板中,基板内部金属和表层金属不尽相同,陶瓷基板相接触的薄膜金属应该具有反应性好、与基板结合力强的特性,表面金属层多选择电导率高、不易氧化的金属。

03d6fb9e-0b04-11ee-962d-dac502259ad0.png

由于是气相沉积,原则上任何金属都可以成膜,任何基板都可以金属化,而且沉积的金属层均匀,结合强度高。但薄膜金属化需要后续图形化工艺实现金属引线的图形制备,成本较高。

3

直接敷铜法(Directbondedcopper,DBC)

DBC是在陶瓷表面(主要是Al2O3和AlN)键合铜箔的一种金属化方法,它是随着板上芯片(COB)封装技术的兴起而发展出来的一种新型工艺。其基本原理是在Cu与陶瓷之间引进氧元素,然后在1065~1083℃时形成Cu/O共晶液相,进而与陶瓷基体及铜箔发生反应生成CuAlO2或Cu(AlO2)2,并在中间相的作用下实现铜箔与基体的键合。

03ddfc1e-0b04-11ee-962d-dac502259ad0.png

直接覆铜法利用高温熔融扩散工艺将陶瓷基板与高纯无氧铜覆接到一起,所形成的金属层具有导热性好、附着强度高、机械性能优良、便于刻蚀、绝缘性及热循环能力高的优点。

DBC技术主要的缺点是铜箔厚度较大,后续通过化学蚀刻过程很难得到高精度导线,而且界面氧元素难以控制,铜箔与陶瓷之间容易出现气孔,导致最终器件性能不稳定,还有待于进一步的基础技术研究。另外,受限于技术原理,铜箔敷接的方式无法实现通孔金属化。

4

共烧法(HTCC/LTCC)

共烧法是很常用的一种多层陶瓷烧结工艺,内部可以布线,表层可以金属化。一般共烧陶瓷有两种,一种是HTCC(高温共烧工艺),一种是LTCC(低温共烧工艺)。

HTCC需要用耐高温的金属颗粒做导电浆料,比如钨、钼,钨的熔点3400度,钼的熔点2600度,都耐得住1500多度的陶瓷烧结点,但是这俩金属的导电率不太好。而且,HTCC需要很高的烧结温度,使用者已经极少,基本被LTCC代替。

03e6c97a-0b04-11ee-962d-dac502259ad0.png

LTCC是里边放入玻璃材料,让整体烧结的温度降低,低于900度,好处就是可以用一些以前高温烧结没办法使用的金属,比如金银铜,金的熔点是1064℃,银是960℃,铜是1083℃,如果这些金属在1500℃下做高温烧结,就熔了,无法形成金属线。

LTCC由于采用厚膜印刷技术完成线路制作,线路表面较为粗糙,对位不精准。而且,多层陶瓷叠压烧结工艺还有收缩比例的问题,这使得其工艺解析度受到限制,LTCC陶瓷基板的推广应用受到极大挑战。

5

化学镀

化学镀法是指在没有外电流通过,利用还原剂将溶液中的金属离子还原在呈催化活性的物体表面,使之形成金属镀层。化学镀法金属化机理主要是机械联锁结合,结合强度很大程度上依赖于基体表面的粗糙度,在一定范围内,基体表面的粗糙度越大,结合强度越高。在AlN陶瓷表面化学镀Ni-P合金,先将AlN基片用超声波清洗,去除表面杂质,置于NaOH溶液中腐蚀,再置于含镍盐的镀液中进行化学镀。

化学镀优点是:设备简单,成本低廉,无需二次高温处理,易于大规模生产;缺点是:AlN陶瓷表面与金属层结合强度不高。

陶瓷金属化新技术,开启5G新时代

陶瓷金属化的方法众多,但都各自存在一定的性能、成本及应用的限制,如何创新工艺,攻克难点,打破瓶颈,是目前国内外企业争相布局、抢占高地的焦点。

戴尔蒙德科技已创新研发出高导热陶瓷材料表面金属化新技术——新型HE-ION高能离子沉积工艺,这种金属化技术既具备超强的金属层结合力,耐高温焊接,且表面光洁度高,有利于精密装配及电学性能;该工艺温度较低,对陶瓷基材形成保护,避免应力集聚。

戴尔蒙德新型HE-ION高能离子沉积工艺凭借其强结合力、高可焊性的特性,可广泛应用在:

1、氮化铝、氧化等传统热沉材料以及碳化硅、金刚石等高热导率材料金属化

2、陶瓷基板金属化

3、陶瓷天线金属化

4、玻璃及导电玻璃材料金属化

5、陶瓷滤波器金属化(替代银浆工艺)

陶瓷金属化的研究一直在创新且从未停止,只有不断的攻坚研发,才能更加符合数字化、小型化、柔性化、低能耗化、多功能化、高可靠性化的未来发展方向,陶瓷金属化技术是一种更可行的选择,也是今后电子封装材料可持续发展的重要方向。

关于戴尔蒙德

戴尔蒙德科技位于深圳福田保税区腾飞工业大厦(前身惠州戴尔蒙德科技有限公司,成立于2016年),旗下四家分子公司及一家新材料研究院,分布于深圳、惠州、无锡和宁波,是专业从事超硬材料和纳米涂层材料研究开发和产业化的国家级高新技术企业、科技型中小企业、重合同守信用企业。拥有一支包括金刚石领域专家教授、博士、硕士的高端研究团队,以及一流的研发条件,拥有专利60余项。

戴尔蒙德专业从事CVD纳米金刚石涂层、PVD复合镀膜、单晶金刚石、超硬刀具等超硬材料基础性研究及制备工艺研究。目前拥有惠州CVD纳米金刚石涂层产业化基地、刀具生产基地、PVD复合镀膜中心以及深圳产学研基地和重点实验室,并与国内多所知名高校进行产学研合作。

戴尔蒙德拥有一流的CVD纳米金刚石涂层研发和检测条件,以及PVD高能物理中心,针对涂层技术的多领域应用展开研究和产品开发。

核心产品包括:纳米金刚石涂层PCB钻针及锣刀、Tac润滑镀膜PCB钻针及锣刀、KC复合耐磨涂层PCB硬板钻针、金刚石涂层石墨刀具、涂层义齿车针、玻璃陶瓷义齿车针,以及针对复合材料、陶瓷材料、玻璃材料等表面各类涉及加硬、导电、屏蔽、导热等功能的涂层加工。产业化技术已经在多个领域实现全球领先,与多家上市公司客户成为战略合作伙伴,成为利用高端涂层技术进行新材料及工具革新的中国力量。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电子元器件
    +关注

    关注

    133

    文章

    3270

    浏览量

    104721
  • 通信技术
    +关注

    关注

    20

    文章

    1107

    浏览量

    92162
  • 5G
    5G
    +关注

    关注

    1352

    文章

    48301

    浏览量

    562831

原文标题:陶瓷邂逅金属化新技术,未来5G再下一城

文章出处:【微信号:xincailiaozaixian,微信公众号:新材料在线】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    探索未来通信|光耦技术5G网络通信的应用 #光耦 #5G技术

    网络通信5G
    晶台光耦
    发布于 :2024年07月26日 08:46:30

    5G Advanced技术新突破:高速率体验引领未来应用

    在通信技术的持续演进中,中国移动研究院携手中兴通讯与高通技术公司,共同完成了项具有里程碑意义的验证——5G Advanced高低频多载波聚合(NR-CA)方案的成功展示,标志着
    的头像 发表于 07-24 17:59 1524次阅读

    嵌入式设备中的4G/5G模块管理

    在高度数字的智能时代,Linux嵌入式板卡在各个领域都发挥着重要作用,然而,随着4G/5G技术的普及,如何高效、稳定地管理这些嵌入式设备上的无线模块,成为了用户面临的
    发表于 07-13 16:45

    5G-A技术新突破:高通、联通携手验证高速率5G网络

    近日,成都的新技术测试现场见证了中国通信技术的又里程碑。中国联通研究院携手高通,共同完成了5G Advanced(5G-A)
    的头像 发表于 06-25 17:43 1003次阅读

    裸眼3D新体验,通感体新突破,杭州实现5G5G-A第的跨越

    杭州,在通信领域直是标杆式存在。过去,从“4G”到“5G
    的头像 发表于 06-06 08:05 305次阅读
    裸眼3D新体验,通感<b class='flag-5'>一</b>体新突破,杭州实现<b class='flag-5'>5G</b>第<b class='flag-5'>一</b><b class='flag-5'>城</b>到<b class='flag-5'>5G</b>-A第<b class='flag-5'>一</b><b class='flag-5'>城</b>的跨越

    CBB金属化薄膜电容存在失效问题吗?

    相对于常见的电容而言,人们对于CBB电容的认知却较为稀少。这就导致了在些问题上,人们对于CBB电容存在定程度的误解,本文将以CBB金属化薄膜电容的失效问题,来谈谈人们对于其存在的
    的头像 发表于 05-29 11:37 1.8w次阅读

    17芯航空插头为什么要金属化

    德索工程师说道金属化是17芯航空插头的个重要特征。金属化意味着插头的某些部分或整个外壳由金属制成,这提供了出色的电气性能和机械强度。金属
    的头像 发表于 04-12 14:35 300次阅读
    17芯航空插头为什么要<b class='flag-5'>金属化</b>

    导热氧化铝陶瓷基板:推动5G技术发展的关键材料

    未来通信领域的新标准。然而,5G技术的广泛商业和普及进程,离不开项关键材料——氧化铝
    的头像 发表于 03-13 18:12 322次阅读

    陶瓷工业5G智能制造工厂数字孪生可视平台,推进陶瓷行业数字转型

    陶瓷工业5G智能制造工厂数字孪生可视平台,推进行业数字转型。在陶瓷工业领域,5G智能制造工厂
    的头像 发表于 03-01 10:20 447次阅读

    美格智能联合罗德与施瓦茨完成5G RedCap模组SRM813Q验证,推动5G轻量化全面商用

    了坚实的基础。凭借轻量化的5G RedCap模组,我们将为物联网中高速业务场景提供支持,赋能应用创新,推动5G技术在更多行业落地。” 作为5G RedCap
    发表于 02-27 11:31

    5G 外置天线

    ,以及高效率,这意味着您可以依靠致和快速的连接。我们的5G圆顶天线具有IP67等级,以确保卓越的耐用性和可靠的信号传输,使其成为耐受崎岖地形和恶劣户外环境应用的完美解决方案。此外,我们的5G鞭状天线
    发表于 01-02 11:58

    先进封装表面金属化研究

    欢迎了解 杨彦章 钟上彪 陈志华 (光华科学技术研究院(广东)有限公司) 摘要 先进封装是半导体行业未来发展的重要环,是超越摩尔定律的关键技术。本文通过对不同封装材料进行表面
    的头像 发表于 12-28 08:45 494次阅读
    先进封装表面<b class='flag-5'>金属化</b>研究

    5G虚拟PLC技术研究与实践

    伴随ICT发展,尤其是以5G为代表的网络技术发展,5GPLC成为解决传统PLC问题的重要手段。以PLC控制任务部署位置为划分依据,当前5G
    的头像 发表于 12-25 17:37 1274次阅读
    <b class='flag-5'>5G</b>虚拟<b class='flag-5'>化</b>PLC<b class='flag-5'>技术</b>研究与实践

    美能光伏与您起回顾第二届N型高效电池与金属化技术研讨会

    11月23日,第二届N型高效电池与金属化技术研讨会于安徽滁州隆重召开,现场众多光伏专业人士齐探讨N型电池与金属化技术的问题。「美能光伏」为
    的头像 发表于 11-25 08:33 548次阅读
    美能光伏与您<b class='flag-5'>一</b>起回顾第二届N型高效电池与<b class='flag-5'>金属化</b><b class='flag-5'>技术</b>研讨会