ما هي مواد الركيزة الخزفية المستخدمة في التغليف الإلكتروني؟

في عملية التغليف الإلكتروني، تلعب الركيزة بشكل أساسي دور حماية الدعم الميكانيكي والتوصيل البيني الكهربائي (العزل). ومع تطور تكنولوجيا التغليف الإلكتروني نحو التصغير، والكثافة العالية، والوظائف المتعددة، والموثوقية العالية، تزداد كثافة طاقة النظام الإلكتروني، وتصبح مشكلة تبديد الحرارة أكثر خطورة. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على تبديد حرارة الأجهزة، ومن بينها اختيار مواد الركيزة التي تُعد رابطًا أساسيًا أيضًا.

حاليًا، هناك أربعة أنواع رئيسية من مواد الركيزة التي يشيع استخدامها في التغليف الإلكتروني: الركيزة البوليمرية؛ والركيزة المعدنية؛ والركيزة المركبة؛ والركائز الخزفية. تُستخدم مادة الركيزة الخزفية على نطاق واسع في ركيزة التغليف الإلكتروني لمزاياها مثل القوة العالية والعزل الجيد والتوصيل الحراري الجيد ومقاومة الحرارة ومعامل التمدد الحراري الصغير والاستقرار الكيميائي الجيد.

تشمل مواد ركيزة التغليف الخزفية بشكل أساسي أكسيد الألومنيوم وأكسيد البريليوم ونتريد الألومنيوم. في الوقت الحاضر، سيراميك الألومينا هو أكثر مواد التغليف الخزفية نضجًا، والذي يستخدم على نطاق واسع لمقاومته الجيدة للصدمات الحرارية والعزل الكهربائي، وتكنولوجيا التصنيع والمعالجة الناضجة.

قامت الولايات المتحدة واليابان ودول أخرى بتطوير ركيزة سيراميك متعدد الطبقات، مما يجعلها سيراميك عالي التقنية يستخدم على نطاق واسع. في الوقت الحاضر، تشمل مواد الركيزة الخزفية المستخدمة الألومينا وأكسيد البريليوم ونتريد الألومنيوم وكربيد السيليكون والموليت.

من حيث الهيكل وعملية التصنيع، يمكن تقسيم ركائز السيراميك إلى ركائز سيراميك متعددة الطبقات ذات درجة حرارة عالية تشترك في الحرق المشترك بدرجة حرارة عالية، وركائز سيراميك ذات درجة حرارة منخفضة تشترك في الحرق المشترك، وركائز سيراميك سميكة الأغشية السميكة، إلخ.

سيراميك الحرق المشترك بدرجة حرارة عالية (HTCC)

تمت إضافة مسحوق السيراميك (مسحوق نيتريد السيليكون، ومسحوقالألومينا، ومسحوق نيتريد الألومنيوم ) أولاً إلى المادة العضوية الرابطة وخلطها بالتساوي في عجينة؛ ثم يتم كشط الملاط إلى صفائح باستخدام مكشطة، ويتم تشكيل الملاط إلى ملاط أخضر من خلال عملية التجفيف؛ ثم حفر الثقب من خلال تصميم كل طبقة، واستخدام معجون معدني بطباعة الشاشة لتوصيل الأسلاك وملء الثقب؛ وأخيرًا وضع الطبقة الخضراء المتراكبة وفي فرن درجة حرارة عالية (1600 ℃) للتلبيد.

نظرًا لارتفاع درجة حرارة التلبيد العالية، فإن اختيار المواد الموصلة للمعادن محدود (خاصة التنجستن والموليبدينوم والمنجنيز والمعادن الأخرى ذات درجة انصهار عالية ولكن الموصلية الكهربائية ضعيفة). إن تكلفة إنتاج الركيزة الخزفية ذات درجة الحرارة العالية ذات الحرق المشترك عالية الحرارة، وتكون الموصلية الحرارية بشكل عام في حدود 20 ~ 200 واط/(م- ℃) (اعتمادًا على تركيبة مسحوق السيراميك ونقاوته).

سيراميك الحرق المشترك منخفض الحرارة (LTCC)

تتشابه عملية تحضير الركيزة الخزفية ذات درجة الحرارة المنخفضة ذات الحرق المشترك بدرجة حرارة منخفضة مع عملية تحضير الركيزة الخزفية متعددة الطبقات ذات درجة الحرارة العالية. يكمن الاختلاف في ركائز السيراميك ذات درجة الحرارة المنخفضة ذات الحرق المشترك في مسحوق الألومينا الممزوج بجزء كتلي 30% - 30% من المواد الزجاجية ذات نقطة الانصهار المنخفضة، مما يخفض درجة حرارة التلبيد إلى 850 ~ 900 ℃. ولذلك، يمكن استخدام الذهب والفضة ذات الموصلية الجيدة كأقطاب كهربائية ومواد توصيل الأسلاك.

ومع ذلك، من ناحية أخرى، فإن الموصلية الحرارية المركبة هي فقط 2 ~ 3 واط/(م- ℃) لأن مرحلة زجاج الركيزة الخزفية ذات درجة الحرارة المنخفضة المشتركة في درجة حرارة منخفضة موجودة في مادة السيراميك. بالإضافة إلى ذلك ， نظرًا لأن الركيزة الخزفية ذات درجة الحرارة المنخفضة ذات درجة الحرارة المنخفضة تعتمد تقنية طباعة الشاشة لصنع الدائرة المعدنية، فقد يكون خطأ المحاذاة ناتجًا عن مشكلة صافية؛ علاوة على ذلك، فإن نسبة الانكماش في التلبيد الرقائقي الخزفي متعدد الطبقات مختلفة، مما يؤثر على العائد.

في الإنتاج العملي، يمكن إضافة ثقوب حرارية أو موصلة في منطقة التصحيح لتحسين التوصيل الحراري للركيزة الخزفية ذات درجة الحرارة المنخفضة التي يتم إطلاقها بشكل مشترك، ولكن العيب هو أن التكلفة ستزداد. من أجل توسيع مجال تطبيق الركيزة الخزفية، يتم تكييف تكنولوجيا التصفيح متعدد الطبقات والحرق المشترك بشكل عام لإنتاج هيكل متعدد الطبقات مع التجويف، والذي يلبي متطلبات التغليف المحكم للأجهزة الإلكترونية ويستخدم على نطاق واسع في المجالات ذات البيئة القاسية مثل الفضاء الجوي ومتطلبات الموثوقية العالية مثل الاتصالات البصرية.

الركيزة الخزفية ذات الأغشية السميكة

بالمقارنة مع الركيزة الخزفية متعددة الطبقات ذات درجة الحرارة العالية والركيزة الخزفية ذات درجة الحرارة المنخفضة ذات الحرق المشترك، فإن الركيزة الخزفية ذات الأغشية السميكة هي ركيزة خزفية بعد الحرق. تتمثل عملية التحضير في طلاء عجينة المعدن على سطح الركيزة الخزفية بتقنية طباعة الشاشة أولاً، ويمكن تحضيرها بعد التجفيف والتلبيد بدرجة حرارة عالية (700 ~ 800 ℃).

تتكون المعاجين المعدنية عمومًا من مساحيق معدنية وراتنجات عضوية ومساحيق زجاجية. يبلغ سمك الطبقة المعدنية الملبدة 10 ~ 20 ميكرومتر مع عرض خط لا يقل عن 0.3 مم. ونظرًا للتكنولوجيا الناضجة والعملية البسيطة والتكلفة المنخفضة، فقد تم تطبيق الركيزة الخزفية السميكة في التغليف الإلكتروني مع متطلبات منخفضة لدقة الرسم.