เซรามิกเคลือบโลหะ: หลักการ กระบวนการ และการประยุกต์

การทำให้โลหะเป็นเซรามิกได้นั้นขึ้นอยู่กับการยึดเกาะที่มีประสิทธิภาพระหว่างส่วนต่อประสานโลหะและเซรามิก หลักการสำคัญสามารถแบ่งกว้าง ๆ ได้เป็นสองประเภท: วิธีปฏิกิริยาเคมีและการสะสมไอทางกายภาพ (PVD)

วิธีปฏิกิริยาเคมีโดยพื้นฐานแล้วจะสร้างชั้นโลหะบนพื้นผิวเซรามิกผ่านการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง-หรือปฏิกิริยารีดักชันทางเคมี ตัวอย่างทั่วไปคือวิธี Mo-Mn และกระบวนการที่ได้รับการปรับปรุง วิธีการนี้จะผสมผงโลหะหรือออกไซด์ของโมลิบดีนัม (Mo) และแมงกานีส (Mn) เพื่อสร้างเป็นสารละลาย จากนั้นจึงสกรีน-พิมพ์ลงบนพื้นผิวเซรามิกและเผาที่อุณหภูมิ 1,400 องศา – 1,600 องศาในบรรยากาศรีดิวซ์ (เช่น ไฮโดรเจน) ในระหว่างกระบวนการนี้ Mn ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้น โดยส่งเสริมการเปียกและการแพร่กระจายที่ส่วนต่อประสานระหว่างเซรามิก-กับ-โลหะ ซึ่งก่อให้เกิดพันธะเคมีที่แข็งแกร่ง นอกจากนี้ การบัดกรีโลหะแบบแอคทีฟ (AMB) ก็จัดอยู่ในประเภทนี้เช่นกัน ใช้โลหะบัดกรีที่มีองค์ประกอบออกฤทธิ์ เช่น Ti และ Zr ซึ่งทำปฏิกิริยากับพื้นผิวเซรามิกระหว่างการให้ความร้อนเพื่อสร้างชั้นการเปลี่ยนแปลงที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะ ทำให้เกิดการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างเซรามิกและโลหะ

การสะสมไอทางกายภาพ (PVD) เป็นวิธีการที่ใช้แมกนีตรอนสปัตเตอร์หรือการระเหยในสุญญากาศในสภาพแวดล้อมสุญญากาศเพื่อระเหยและสะสมอะตอมของโลหะไว้บนพื้นผิวเซรามิก ทำให้เกิดฟิล์มโลหะขนาดนาโน- ถึงไมครอน- วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิในการประมวลผลต่ำ (โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 300 องศา) เพื่อให้ได้ฟิล์มที่มีความบริสุทธิ์สูง- สม่ำเสมอ ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูง{5}}ที่มีการบูรณาการในระดับสูง โลหะที่สะสมอยู่ทั่วไป ได้แก่ ไทเทเนียม (Ti) โครเมียม (Cr) นิกเกิล (Ni) และทองแดง (Cu) โดยที่ Ti และ Cr ทำหน้าที่เป็นชั้นเปลี่ยนผ่านเพื่อเพิ่มการยึดเกาะของเซรามิกเคลือบโลหะอย่างมีนัยสำคัญ

ผังกระบวนการสำหรับเซรามิกเคลือบโลหะมีความซับซ้อนและแม่นยำ โดยทั่วไปจะมีขั้นตอนสำคัญต่อไปนี้:

การปรับสภาพพื้นผิว: ขั้นแรก พื้นผิวเซรามิกจะผ่านการทำความสะอาดอย่างแม่นยำโดยใช้เทคนิคการทำความสะอาดอัลตราโซนิกหรือเมกะโซนิกเพื่อขจัดน้ำมันบนพื้นผิว สารช่วยในการเผาผนึก และอนุภาคปนเปื้อน เพื่อให้มั่นใจถึงความสะอาดของพื้นผิว ต่อจากนั้น การบำบัดกระตุ้นพื้นผิว เช่น การกัดด้วยพลาสมาหรือการบำบัดทางเคมี จะดำเนินการเพื่อปรับปรุงความหยาบและกิจกรรมของพื้นผิว โดยให้โครงสร้าง "พุก" สำหรับการยึดเกาะของชั้นโลหะ

การเตรียมชั้นโลหะ: เลือกวิธีการเคลือบโลหะที่เหมาะสมตามความต้องการใช้งาน สำหรับกระบวนการฟิล์มหนา- เพสต์โลหะจะถูกเคลือบลงบนพื้นผิวเซรามิกโดยใช้การพิมพ์สกรีน สำหรับกระบวนการฟิล์มบาง- ชั้นเมล็ดจะถูกสะสมไว้โดยใช้เทคโนโลยี PVD ขั้นตอนนี้ต้องมีการควบคุมความหนาของการเคลือบ ความสม่ำเสมอ และอัตราส่วนองค์ประกอบอย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของกระบวนการชิ้นส่วนโลหะเคลือบเซรามิกขั้นสูงที่มีความบริสุทธิ์สูงอลูมินาตามมา

ลวดลายและความหนา: ขึ้นอยู่กับชั้นของเมล็ด รูปแบบวงจรจะถูกกำหนดโดยใช้เทคนิคการพิมพ์หินด้วยแสง การมาสก์ หรือการแกะสลักด้วยเลเซอร์ จากนั้น โลหะที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เช่น ทองแดง จะถูกทำให้หนาขึ้นโดยใช้กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าเพื่อสร้างเส้นทางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่ตรงตามข้อกำหนดในการรับน้ำหนักในปัจจุบัน เทคโนโลยี DPC (Direct Copper Plating) เป็นตัวอย่างหนึ่งที่ช่วยให้สามารถเดินสายไฟที่มีความแม่นยำสูง-ด้วยเส้นลวดที่ 20–30 μm

การบำบัดความร้อนและการเผาผนึก: เซรามิกเคลือบโลหะผ่านการเผาหรือการอบอ่อนที่อุณหภูมิสูง-เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของอนุภาคโลหะ และเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะของเซรามิกเคลือบโลหะอลูมินา ผลิตภัณฑ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง-บางชนิดจำเป็นต้องมีการเผาผนึกขั้นที่สองในบรรยากาศไฮโดรเจนที่แห้ง เพื่อปรับปรุงความเสถียรของอินเทอร์เฟซให้ดียิ่งขึ้น

หลังการประมวลผลและการทดสอบ: หลังจากเซรามิกเมทัลไลซ์ที่มีความแม่นยำถูกทำให้เป็นโลหะแล้ว จะต้องทำความสะอาดด้วยน้ำบริสุทธิ์สามระดับ อบแห้งแบบสุญญากาศ และผ่านการทดสอบความแข็งแรงของการยึดเกาะ การทดสอบการนำไฟฟ้า และการทดสอบแบบวงรอบด้วยความร้อนเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์มีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดด้านสุญญากาศ ความต้านทานการกัดกร่อน และ-ความน่าเชื่อถือในระยะยาว

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการสื่อสาร 5G ยานพาหนะพลังงานใหม่ กริดอัจฉริยะ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ระดับไฮเอนด์- ความต้องการวัสดุบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีกำลังสูง- มีการบูรณาการในระดับสูง และเชื่อถือได้สูงจึงเพิ่มขึ้นทุกวัน เซรามิกอลูมินาเมทัลไลซ์สำหรับเทคโนโลยีการยึดติด ซึ่งมีความสามารถในการจัดการความร้อนที่ยอดเยี่ยม ฉนวนไฟฟ้า และความเสถียรของโครงสร้าง ได้กลายเป็นเทคโนโลยีสนับสนุนที่สำคัญสำหรับส่วนประกอบหลัก เช่น โมดูลพลังงาน, สารตั้งต้น IGBT, เบรกเกอร์วงจรสุญญากาศ, หลอดรังสีเอกซ์- และเครื่องตรวจจับ CT

ไม่ว่าจะเป็นเปลือกเซรามิกเคลือบโลหะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง หรือเซรามิกอลูมินาเคลือบโลหะที่มีความแม่นยำสูง-สำหรับเซ็นเซอร์ เทคโนโลยีนี้ผลักดันการบูรณาการเชิงลึกของวัสดุศาสตร์และกระบวนการผลิตอย่างต่อเนื่อง ในอนาคต ด้วยความแม่นยำของกระบวนการที่ดีขึ้นและการพัฒนาระบบวัสดุใหม่ การทำโลหะด้วยเซรามิกจะมีบทบาทที่ไม่สามารถทดแทนได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและ-สถานการณ์ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

Q:การยึดเกาะของชั้นเคลือบโลหะของอะลูมิเนียมออกไซด์เคลือบโลหะมีการประเมินอย่างไร

A: ส่วนใหญ่จะวัดปริมาณผ่านการทดสอบความต้านทานแรงเฉือนและแรงดึง การใช้งานที่มีความน่าเชื่อถือสูง-โดยทั่วไปจะต้องมีความต้านทานแรงเฉือนมากกว่าหรือเท่ากับ 20 MPa นอกจากนี้ ความต้านทานความล้าจากความร้อนได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบการหมุนเวียนด้วยความร้อน (เช่น 500 รอบจาก -55 องศาถึง +150 องศา )

Q:เซรามิกอุตสาหกรรมเคลือบโลหะ Mo-Mn อลูมินาสามารถบัดกรีหลังจากการชุบโลหะได้หรือไม่

A:ใช่. ชั้นการเคลือบโลหะ (เช่น Mo-Mn+Ni หรือการชุบ Ni/Au โดยตรง) มีความสามารถในการบัดกรีที่ดี จึงสามารถบัดกรีเข้ากับลีดหรือตัวเรือนโดยใช้ดีบุก-ตะกั่วหรือตะกั่ว-บัดกรีแบบไร้สารตะกั่ว แนะนำให้ควบคุมอุณหภูมิการบัดกรีระหว่าง 280 องศา ถึง 300 องศา เป็นเวลาไม่เกิน 5 วินาที เพื่อป้องกันการยึดเกาะลดลง

Q:มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอของแบทช์สำหรับอลูมินาเซรามิกแบบสั่งทำพิเศษได้อย่างไร

A: จุดควบคุมที่สำคัญ ได้แก่ การตรวจสอบชุดพื้นผิวเซรามิก การตรวจสอบความหนืดของเพสต์การชุบโลหะ การสอบเทียบโปรไฟล์อุณหภูมิเตาเผาซินเทอร์เป็นระยะๆ และการทดสอบทางไฟฟ้า 100% ของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป รายงานการตรวจสอบที่ครอบคลุมและบันทึกการตรวจสอบย้อนกลับมีให้สำหรับทุกชุด

ติดต่อเรา