Quando a cerâmica encontra os metais: uma revolução material que abrange milhares de anos

A diferença nos coeficientes de expansão térmica entre cerâmicas e metais pode chegar a 3-5 vezes. Por exemplo, o coeficiente de expansão térmica da cerâmica de alumina é 8×10⁻⁶/grau, enquanto o do aço inoxidável é 17×10⁻⁶/grau. Se esses dois materiais forem soldados diretamente, causarão rachaduras fatais. No entanto, a tecnologia de metalização cerâmica usa a estratégia central de "tampão de camada intermediária", como "plantar" uma camada de floresta metálica na superfície da cerâmica, que fornece uma base estrutural confiável para componentes de embalagem cerâmica de alto desempenho. Isto não só retém completamente as excelentes propriedades da própria cerâmica, mas também lhe confere a capacidade de se conectar com metais. Tomando como exemplo a brasagem de metal ativo (AMB), o elemento de titânio adicionado no processo pode reagir com a cerâmica a 600 graus para formar uma camada de transição de TiO₂, aumentando a resistência de ligação entre a cerâmica e o metal para mais de 65N/cm².

Durante o processo de transição da tecnologia da Cerâmica Metalizada do laboratório para a aplicação industrial, ela encontrou muitos problemas práticos. Por exemplo, um fabricante líder de IGBT enfrentou um problema em que a porosidade da camada de cobre do substrato DBC excedia o padrão, resultando em uma taxa de ruptura de 17% para o módulo de potência durante os testes cíclicos de -40 graus a 150 graus. Este problema expôs diretamente as falhas fatais do processo tradicional. O processo tradicional de sinterização de molibdênio-manganês precisa ser realizado em ambiente de forno de hidrogênio, o que aumenta o custo geral em 40%. Além disso, o método de revestimento direto de cobre tem o problema de precisão insuficiente do circuito, tornando difícil controlar a largura da linha dentro de 100 μm. Ambos os processos têm suas próprias desvantagens, que se tornaram obstáculos significativos à implementação da tecnologia.

Metalização-em nível nanométrico: "Golpe de redução dimensional"
A metalização-em nível nanométrico tornou-se uma importante tendência de desenvolvimento na tecnologia de metalização cerâmica. A tecnologia de jato de tinta de prata em nanoescala desenvolvida pela equipe do MIT pode obter processamento fino com largura de linha de 5 μm em cerâmica de zircônia, reduzindo o tamanho dos sensores MEMS em 70% e alcançando um grande avanço na miniaturização de produtos. Em termos de controle de custos, os laboratórios nacionais relevantes também fizeram progressos importantes, alcançando um custo de revestimento por metro quadrado inferior a 300 yuans, e a tecnologia relacionada está prestes a entrar na fase de produção em massa, estabelecendo as bases para a aplicação industrial da metalização em nível nanométrico.

Revolução-de otimização de processos orientada por IA
A combinação da tecnologia de inteligência artificial e do processo Cerâmica para Metal provocou uma revolução na otimização de processos. Empresas relevantes, por meio da tecnologia de aprendizado de máquina, podem prever com precisão a distribuição de tensão das camadas de cobre em substratos DBC, reduzindo significativamente o ciclo de tentativa-e-erro de 2 meses para 3 dias, melhorando significativamente a eficiência da pesquisa e desenvolvimento de processos. Algumas empresas também introduziram sistemas gêmeos digitais para simular e otimizar todo o processo de soldagem AMB, reduzindo a taxa de defeitos da soldagem AMB de 5% para 0,8%, melhorando significativamente o rendimento do produto. A aplicação da tecnologia de IA tornou-se a principal força motriz para a atualização destes processos.

Fabricação verde: “Corrida de Vida ou Morte”
A fabricação verde tornou-se a direção inevitável para o desenvolvimento da tecnologia de metalização cerâmica. O custo do tratamento de águas residuais dos processos tradicionais de galvanoplastia representa 22% do custo total. A pressão da protecção ambiental e dos custos é concomitante, e a tecnologia de evaporação a vácuo resolveu eficazmente este problema, reduzindo a descarga de águas residuais em 87% e tendo tanto respeito pelo ambiente como benefícios económicos. A nível político, a UE também introduziu regulamentos relevantes, estipulando claramente que a partir de 2027, os processos de metalização ecológicos serão obrigatórios, o que significa que a produção verde não é apenas uma opção para a atualização tecnológica, mas também um requisito inevitável em linha com a orientação política da indústria. Empresas relevantes estão acelerando a pesquisa e implementação de desenvolvimento de processos ecologicamente corretos.

A Cerâmica Metalizada nunca é apenas a simples combinação de cerâmica e metais; pelo contrário, é um “esporte radical” no campo da ciência dos materiais, com padrões extremamente elevados de precisão técnica e requisitos de processo. Quando os engenheiros observam as reações de interface em nanoescala usando um microscópio eletrônico, o que eles veem não é apenas o arranjo atômico no mundo microscópico, mas também as possibilidades ilimitadas desta tecnologia no mundo comercial. Neste campo-de fabricação de ponta, os verdadeiros vencedores são sempre aqueles "alquimistas-interdisciplinares" que não apenas entendem profundamente as propriedades dos próprios materiais, conseguem alcançar avanços em tecnologias essenciais, mas também estão familiarizados com o código comercial e podem completar a implementação de industrialização da tecnologia. Somente aderindo ao-longo prazo da crença tecnológica é possível estabelecer uma posição firme no desenvolvimento da indústria.

Contando com um sistema de processo maduro e rigorosos padrões de controle de qualidade, oComponente de embalagem cerâmicaque lançamos podem se adaptar perfeitamente a cenários como embalagens de alta-precisão, isolamento-de alta temperatura e conexões de alta-confiabilidade. Ele aborda com eficácia os pontos problemáticos da indústria, como fissuras por tensão na junção de cerâmicas e metais, precisão insuficiente e altos custos ambientais. Ele combina desempenho estável com recursos de produção em grande-escala, fornecendo soluções confiáveis ​​de componentes de embalagem para eletrônicos-de alta tecnologia, novas energias e campos de detecção de precisão.

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