PCB뉴스 - 세라믹 기판의 세라믹과 금속 사이의 결합 강도

고출력 전자기기에서 칩과 전자부품의 상호접속을 실현하기 위해서는 세라믹을 회로기판으로 사용하고, 세라믹 기판의 표면을 금속화할 필요가 있다.

세라믹 금속화에는 우수한 밀봉성, 작은 시트 저항 및 금속 전도성 층의 저항성, 세라믹 기판에 대한 강한 접착력이 금속화 후에도 여전히 높은 열 전도성이 필요합니다. 따라서 연성이 우수하고 열전도도와 전기전도도가 높은 구리는 전력전자소자에 가장 많이 사용되는 재료가 되었다.

세라믹은 다른 두 포장 기판보다 전반적인 성능이 우수하지만 세라믹 재료는 강력한 공유 결합 화합물이므로 전자적 배위가 매우 안정적이고 다른 재료와 반응하기 쉽지 않으며 일반적인 금속과 강한 상호 작용을 갖습니다. 세라믹 기판의 금속화 표면의 성능은 전력 전자 장치의 작동 중 안정성과 밀접한 관련이 있으므로 세라믹 기판의 광범위한 적용을 제한합니다.

현재 일반적인 세라믹 기판 금속화 방법에는 주로 무전해 도금 금속화, 직접 구리 클래드 금속화, 후막 금속화, 박막 금속화 등이 포함됩니다.

1. 무전해 도금 금속화

무전해 도금 금속화란 금속이온이 환원제의 도움으로 화학반응을 통해 금속으로 환원되어 모재 표면에 석출되는 방식으로, 제어 가능한 산화환원 반응을 통해 금속층을 형성하는 방법을 말한다. 무전해 구리 도금은 용액 속의 Cu2+를 Cu 원자로 환원하여 촉매 활성 기판에 증착하는 것입니다.

반응 원리는 다음 공식으로 표현할 수 있습니다.

Cu2+가 음극에서 Cu 원자로 환원됩니다.

포름알데히드는 양극에서 반응에 필요한 전자를 제공합니다.

무전해 구리 도금의 산화환원 방정식.

2. 직접 구리 주입 및 금속화

직접 구리 코팅 금속화는 고온, 약산소 분위기에서 Cu의 산소 함유 공융액을 사용하여 세라믹 표면에 Cu 포일을 직접 코팅하는 방법을 말합니다. 주로 Al2O3 및 AlN 세라믹 표면에 사용됩니다. 원리는 Cu와 O의 반응으로 생성된 Cu2O와 CuO가 기판의 Al과 반응하여 1060~1083°C의 온도 범위에서 CuAlO2와 CuAl2O4의 스피넬 물질을 생성하여 서로 더 높은 결합 강도의 형성을 촉진할 수 있다는 것입니다. AlN 세라믹 기판을 구리로 직접 코팅하고 금속화하는 경우 먼저 AlN을 산화시켜 세라믹 표면에 Al2O3를 형성해야 합니다.

3. 후막 금속화

후막 금속화 기술은 스크린 인쇄를 통해 세라믹 표면에 금속 슬러리를 코팅한 후 고온 건조 및 열처리를 거쳐 금속화된 세라믹 기판을 형성하는 기술이다. 슬러리는 주로 기능성상, 바인더, 유기 담체로 구성되며, 기능성상은 후막 슬러리의 본체, 즉 세라믹 표면에 금속분말을 코팅한 후 열처리를 거쳐 형성된 금속박층이다. 프로세스. 바인더는 금속박막층과 세라믹 기판 사이의 접착력을 향상시키기 위해 고온에서 소결되는 유리상 또는 산화물이다. 유기캐리어는 유기슬러리의 표면활성을 향상시키고 슬러리를 보다 균일하게 혼합시키기 위해 사용되는 유기용매 또는 계면활성제이다.

4. 박막 금속화

박막 금속화란 물리적인 방법을 이용하여 고진공 조건에서 고체 물질의 표면을 이온으로 이온화시킨 후, 저압 가스, 즉 물리적 기상 증착을 통해 세라믹 기판 표면에 필요한 박막을 증착시키는 공정입니다. 주로 포함되는 기술(물리적 기상 증착, PVD): 마그네트론 스퍼터링 코팅, 이온 도금, 아크 도금 등 박막 금속화의 핵심은 Ar2+가 전기장에 의해 가속된 후 스퍼터링할 물질로 만들어진 타겟 전극에 충격을 가하여 이온 에너지가 적절해지면 Ar2+가 타겟 표면에 원자를 스퍼터링한 후 방출한다는 것입니다. 특정 방향으로 기판에 증착을 달성합니다.

위에서 언급한 세라믹 기판의 금속화 방법에는 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다.

무전해 도금 금속화는 생산 효율이 높고 대량 생산이 가능합니다. 그러나 금속층과 세라믹 기판 사이의 결합력은 제한되어 있으며 많은 특정 응용 시나리오를 충족할 수 없습니다.

고온 소결 방법으로도 알려진 직접 구리 클래딩 금속화는 현재 비교적 일반적인 생산 공정으로, 생산 효율성을 충족할 뿐만 아니라 금속층과 세라믹 기판 사이에 일정한 결합 강도를 갖습니다. 직접 구리 클래딩 금속화 채택 금속화 코팅은 고온 소결로 수행되므로 많은 저융점 금속의 적용이 제한됩니다.

스크린 인쇄라고도 알려진 후막 금속화는 생산이 간단하고 조작 가능하지만 금속화 두께, 선 폭 및 간격의 정밀도를 잘 제어할 수 없으며 고정밀 정밀 회로를 생산할 수 없습니다.

마그네트론 스퍼터링이라고도 알려진 박막 금속화는 반데르발스 힘의 원리를 이용하여 금속층과 세라믹 기판이 강한 결합력을 갖게 하지만, 생산 효율이 낮고 동시에 매우 얇을 뿐입니다. 일반적으로 나노미터 수준에서 금속층을 형성할 수 있습니다.

일반적으로 사용되는 iPCB용 세라믹 회로기판 제조 공정은 마그네트론 스퍼터링 공정을 통해 세라믹 기판 표면에 50~300nm 금속 시드층(티타늄층 50~100nm, 구리층 100~300nm)을 형성하는 방식이다. 금속 시드층과 세라믹 기판 사이에 반 데르 발스 힘을 결합한 다음 전기 도금을 통해 금속 시드층의 금속 두께를 늘리면 세라믹 회로 기판의 성능이 단순히 마그네트론 스퍼터링으로 생산되는 것보다 우수합니다. 또는 무전해 도금. 또한 금속층과 세라믹 기판 사이의 결합 강도를 효과적으로 강화할 수 있으며, 동시에 다양한 층 두께(두께 1000μm)로 금속화 생산을 달성할 수도 있습니다.