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由于陶瓷和金屬材料表面結構的差異,焊接/釬焊通常無法潤濕陶瓷表面或與之形成牢固的結合。因此,陶瓷與金屬的連接是一種特殊的過程,被稱為金屬化。

陶瓷金屬化是指在陶瓷材料表面牢固附著一薄層金屬膜,以實現陶瓷與金屬之間的結合過程。有各種陶瓷金屬化方法,常見的包括鉬錳(Mo-Mn)法、直接鍍銅(DPC)、直接覆銅法(DBC)、活性金屬釬焊(AMB)法等。

哪些陶瓷可以使用金屬化技術?
目前,常用于金屬化的四種常見陶瓷基板是BeO、Al2O3、AlN和Si3N4。但不同陶瓷具有不同特性,因此其金屬化方法也各不相同。
1.?BeO
金屬化BeO陶瓷最常見的方法是Mo-Mn法。這涉及在陶瓷表面涂布純金屬粉末(Mo、Mn)和金屬氧化物的類似膏狀混合物,然后在爐中進行高溫加熱,形成金屬層。
2.?Al2O3
陶瓷 Al2O3陶瓷的主要金屬化方法是DBC和DPC。該方法涉及在Al2O3陶瓷表面放置經處理的銅箔,引入具有一定氧含量的惰性氣體,然后加熱。在加熱過程中,銅表面發生氧化,當溫度達到共晶液相區域時,形成共晶液相,潤濕Al2O3陶瓷和銅,實現緊密結合。在化學上,DBC使用的粘附比DPC更強,因為它的銅層較厚。
3.?AlN
AlN陶瓷的常見方法包括DBC和活性金屬釬焊(AMB)。DBC類似于用于Al2O3陶瓷的方法,但需要對AlN陶瓷進行預氧化處理,因為AlN是一種非氧化陶瓷。AMB涉及使用活性金屬釬焊材料,通常是Ag-Cu-Ti合金,連接AlN陶瓷和銅箔。
4.?Si3N4
陶瓷 Si3N4陶瓷不能直接使用直接銅鍍法金屬化,因為它們不像AlN陶瓷那樣在表面生成氧化層。Si3N4陶瓷通常使用AMB方法連接到金屬,其中Si3N4與活性金屬(Ti、Cr、V)之間的化學反應在界面形成連續的氮化物層。

金屬化溫度是多少?
在金屬化過程中,需要嚴格控制燒結溫度。通常可以分為四個范圍:
a. 超高溫(1600°C以上):
此溫度范圍保留用于需要極高耐熱性的特定應用。
?b.高溫(1450°C到1600°C):
高溫對于確保玻璃相有效擴散和遷移至關重要,實現強大的結合。但是不是溫度越高越好,過高的溫度可能導致金屬化強度降低。
c.中溫(1300°C到1450°C):
選擇這個范圍是為了平衡有效金屬化的需求和保持材料性質的需要。
?d.低溫(1300°C以下):
當主要關注避免材料熱應力時使用較低溫度。
適當的高燒結溫度是必要的,否則玻璃相將無法擴散和遷移。但如果溫度過高,金屬化強度將較差。因此,選擇適當的溫度對確保金屬化的有效性至關重要。
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