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Das Herstellungsverfahren für keramische Substrate mit hoher Wärmeleitfähigkeit

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keramiksubstrate

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Die für Hochleistungsgeräte verwendeten Keramiksubstrate sind meist planar. Der Herstellungsprozess planarer keramischer Substrate kann in zwei Schritte unterteilt werden: Formung und Sinterung. Die gängigen Formgebungsverfahren und ihre Merkmale in den Berichten sind in Tabelle 2 aufgeführt. Trockenpressen und Bandgießen sind bei der industriellen Herstellung von Keramiksubstraten weit verbreitet. Der Prozessablauf des Trockenpressens ist in Abbildung 2a dargestellt, wobei die Druckanwendung und die Haltezeit die wichtigsten Parameter im Trockenpressverfahren sind. Das Gießen von Bändern gilt als wirtschaftliches, kontinuierliches und automatisiertes Verfahren zur Herstellung großformatiger, ebener Keramiksubstrate; der Prozess ist in Abbildung 2b dargestellt. Das Bandgießen zeichnet sich durch niedrige Kosten und hohe Effizienz bei der Herstellung von mehrschichtigen Werkstoffen und Bauteilen aus und findet breite Anwendung bei der Herstellung von keramischen Substraten, die bei niedrigen Temperaturen mitgebrannt werden, sowie von Kondensatoren und dielektrischen Mikrowellenkeramikbauteilen.

Beim Sintern von Keramik werden aus Keramikpulvern bei hohen Temperaturen dichte Keramikblöcke geformt. Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie SiC, AlN und Si3N4 lassen sich aufgrund ihrer besonders starken kovalenten Bindungen nur schwer mit reinen Keramikpulvern zu dichten Keramikblöcken sintern. In der Regel lässt sich die Dichte des Sinterkörpers durch Zugabe von niedrigschmelzenden Additiven und durch Mischen für die Formgebung und anschließendes Sintern erhöhen. Das Sintern wird in Festphasensintern und Flüssigphasensintern unterteilt, je nachdem, ob sich während des Sinterns eine flüssige Phase bildet. Beide Prozesse werden durch die Verringerung der gesamten Oberflächenenergie angetrieben. Beim Festphasensintern handelt es sich um ein keramisches Verdichtungsverfahren, das keine Beteiligung einer flüssigen Phase erfordert. Dieser Prozess wird hauptsächlich durch drei Mechanismen erreicht: Dampftransport, Diffusion zwischen Oberflächenatomen und Korngrenzen sowie plastische Verformung durch Versetzungswanderung. Diese Mechanismen fördern gemeinsam eine effektive dichte Verbindung zwischen den Keramikpartikeln innerhalb der Keramik. Das Flüssigphasensintern ist ein Sinterverfahren, bei dem Zusatzstoffe bei hohen Temperaturen in einen flüssigen Zustand übergehen und ein System bilden, in dem sich feste Teilchen und flüssige Phase im chemischen Gleichgewicht befinden. Mit dem Fortschreiten der Sinterung kommt es gleichzeitig zum Wachstum und zur Verdichtung der Keramikkörner. Nach dem Verfahren klassifiziert, können Sinterprozesse auch in druckloses Sintern (PLS), Gasdrucksintern (GPS), Heißpresssintern (HPS), heißisostatisches Drucksintern (HIPS) und Funkenplasmasintern (SPS) unterteilt werden. SPS, HPS und HIPS eignen sich aufgrund der hohen Anforderungen an die Bedingungen oder der komplexen Verfahren nicht für die Herstellung von Keramiksubstraten in großem Maßstab.

Schlussfolgerung

Das Herstellungsverfahren für keramische Substrate ist relativ einfach, aber die Anforderungen an die Prozesskontrolle und die Produktstabilität sind höher. Verschiedene Hersteller haben unterschiedliche Kontrollstandards, so dass es notwendig ist, auf der Grundlage der Kundenbedürfnisse zu wählen. Für weitere Informationen, kontaktieren Sie uns bitte [email protected]