Nach demKeramikDas Substrat wird gesintert und geformt, seine Oberfläche muss metallisiert werden. Anschließend wird das Oberflächenmuster mittels Bildübertragung erzeugt, um die elektrische Leitfähigkeit des Keramiksubstrats zu gewährleisten. Die Oberflächenmetallisierung ist ein entscheidender Schritt bei der Herstellung von Keramiksubstraten. Denn die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche durch Metalle bei hohen Temperaturen bestimmt die Haftkraft zwischen Metall und Keramik. Eine gute Haftkraft ist eine wichtige Voraussetzung für die Stabilität der LED-Gehäuse. Die gängigen Metallisierungsverfahren für Keramikoberflächen lassen sich grob in verschiedene Kategorien einteilen, darunter Co-Burning-Verfahren (HTCC und LTCC), Dickschichtverfahren (TFC), Direktabscheidung von Kupfer (DBC), Direktabscheidung von Aluminium (DBA) und Dünnschichtverfahren (DPC).
Co-Firing-Verfahren (HTCC/LTCC)
Es gibt zwei Arten von Co-Firing-Verfahren: das Hochtemperatur-Co-Firing (HTCC) und das Niedertemperatur-Co-Firing (LTCC). Die Prozessabläufe beider Verfahren sind im Wesentlichen gleich. Die wichtigsten Produktionsschritte umfassen die Herstellung der Tonmasse, das Gießen und Generieren von Streifen, das Trocknen der Grünlinge, das Bohren von Durchgangslöchern, das Siebdrucken und Füllen der Löcher, das Bedrucken der Leiterbahnen, das Schichten und Sintern sowie das abschließende Schneiden und weitere Nachbearbeitungsprozesse. Aluminiumoxidpulver wird mit organischen Bindemitteln zu einer Tonmasse vermischt, die anschließend mit einem Schaber zu Platten verarbeitet wird. Nach dem Trocknen entsteht ein keramischer Grünling [10]. Anschließend werden, entsprechend den Designvorgaben, Durchgangslöcher in den Grünling eingebracht und mit Metallpulver gefüllt. Die Oberfläche des Grünlings wird mittels Siebdruck mit einem Linienmuster beschichtet. Abschließend werden die Grünlinge jeder Schicht übereinandergestapelt, verpresst und im Co-Firing-Ofen gesintert und geformt. Obwohl die Prozesse beider Co-Firnis-Verfahren im Wesentlichen gleich sind, unterscheiden sich die Sintertemperaturen erheblich. Die Co-Firnis-Temperatur für HTCC liegt zwischen 1300 und 1600 °C, während die Sintertemperatur für LTCC zwischen 850 und 900 °C liegt. Der Hauptgrund für diesen Unterschied liegt darin, dass die LTCC-Sintersuspension Glasmaterialien enthält, die die Sintertemperatur senken können. Diese Glasmaterialien sind in der HTCC-Co-Firnis-Suspension nicht vorhanden. Obwohl Glasmaterialien die Sintertemperatur senken können, führen sie zu einer deutlichen Verringerung der Wärmeleitfähigkeit des Substrats.
Dickschichtkeramik (TFC)
Das Dickschichtverfahren ist ein Herstellungsverfahren, bei dem leitfähige Paste mittels Siebdruck direkt auf das Keramiksubstrat aufgetragen und anschließend durch Hochtemperatursintern fest mit diesem verbunden wird. Die Wahl der Dickschichtleitersuspension ist ein Schlüsselfaktor für den Erfolg des Dickschichtprozesses. Sie besteht aus einer Funktionsphase (d. h. Metallpulver mit einer Partikelgröße von unter 2 µm), einer Bindemittelphase und einem organischen Träger. Gängige Metallpulver sind beispielsweise Au, Pt, Au/Pt, Au/Pd, Ag, Ag/Pt, Ag/Pd, Cu, Ni, Al und W, wobei Ag-, Ag/Pd- und Cu-Suspensionen am häufigsten verwendet werden. Das Bindemittel ist in der Regel ein Glasmaterial, ein Metalloxid oder eine Mischung aus beidem. Seine Funktion besteht darin, die Keramik und das Metall zu verbinden und die Haftung der Dickschichtsuspension auf der Keramikbasis zu bestimmen. Es ist somit entscheidend für die Herstellung der Dickschichtsuspension. Die Hauptfunktion des organischen Trägers besteht darin, die funktionelle Phase und die Bindemittelphase zu dispergieren und gleichzeitig eine bestimmte Viskosität der Dickschichtsuspension für den nachfolgenden Siebdruck aufrechtzuerhalten. Er verflüchtigt sich allmählich während des Sinterprozesses.
Direktgebundenes Kupfer (DBC)
DBC ist ein Metallisierungsverfahren zur Verbindung von Kupferfolie mit Keramikoberflächen (hauptsächlich Al₂O₃ und AlN). Es handelt sich um ein neues Verfahren, das mit dem Aufkommen der Chip-on-Board-Technologie (COB) entwickelt wurde. Das Grundprinzip besteht darin, Sauerstoff zwischen Kupfer und Keramik einzubringen und so bei 1065 bis 1083 °C eine eutektische Cu/O-Flüssigkeitsphase zu bilden. Diese Phase reagiert anschließend mit der Keramikmatrix und der Kupferfolie zu CuAlO₂ oder Cu(AlO₂)₂. Unter Einwirkung dieser Zwischenphase verbindet sich die Kupferfolie mit der Matrix. Da AlN zu den Nichtoxidkeramiken zählt, liegt der Schlüssel zur Kupferbeschichtung in der Bildung einer Al₂O₃-Übergangsschicht und der Erzielung einer effektiven Verbindung zwischen Kupferfolie und Basiskeramik durch diese Übergangsschicht.
Direkte Aluminiumbindung (DAB)
Das direkte Aluminiumbeschichtungsverfahren nutzt die gute Benetzbarkeit von Keramik durch Aluminium im flüssigen Zustand, um eine Verbindung der beiden Materialien zu erzielen. Ab einer Temperatur von 660 °C verflüssigt sich festes Aluminium. Nachdem das flüssige Aluminium die Keramikoberfläche benetzt hat, kristallisieren und wachsen die durch das Aluminium auf der Keramikoberfläche gebildeten Kristallkeime beim Abkühlen auf Raumtemperatur. Die Verbindung der beiden Materialien erfolgt. Aufgrund der hohen Reaktivität von Aluminium neigt es bei hohen Temperaturen zur Oxidation und bildet einen Al₂O₃-Film auf der Oberfläche des flüssigen Aluminiums. Dieser Film reduziert die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche erheblich und erschwert die Verbindung. Daher muss er vor dem Verbinden entfernt werden, oder die Verbindung sollte unter sauerstofffreien Bedingungen erfolgen. Peng Rong et al. [23,27] verwendeten das Graphitform-Druckgussverfahren, um reines, geschmolzenes Aluminium unter Druck auf die Oberflächen von Al₂O₃- und AlN-Substraten aufzutragen. Aufgrund der mangelnden Fließfähigkeit des Al₂O₃-Films verblieb dieser in der Formkavität. Nach dem Abkühlen wurde ein gut haftendes DAB-Substrat erhalten.
Direktplattiertes Kupfer (DPC)
Das Dünnschichtverfahren ist ein Prozess, bei dem hauptsächlich physikalische Gasphasenabscheidung (z. B. Vakuumverdampfung, Magnetron-Sputtern usw.) und andere Techniken eingesetzt werden, um eine Metallschicht auf der Oberfläche von Keramik zu erzeugen. Anschließend wird durch Maskierung, Ätzen und weitere Verfahren eine metallische Leiterbahnschicht gebildet. Die physikalische Gasphasenabscheidung ist dabei das gebräuchlichste Dünnschichtherstellungsverfahren.
Veröffentlichungsdatum: 16. Juli 2025