تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية الثقيلة من النحاس AMB

تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية بتقنية AMB لحام المعادن النشطة لربط النحاس السميك مباشرةً بالركائز الخزفية، مما يُنتج أقوى واجهة بين النحاس والخزف متوفرة في الإنتاج اليوم. تعتمد عملية اللحام على سبيكة من الفضة والنحاس والتيتانيوم عند درجة حرارة تتراوح بين 800 و900 درجة مئوية تحت الفراغ؛ حيث يُبلل عنصر التيتانيوم النشط سطح الخزف ويُشكل رابطة معدنية حقيقية تصمد أمام دورات التغير الحراري التي تفشل عندها وصلات DBC وDPC في نهاية المطاف.

إن قوة الترابط هذه هي السبب في أن تقنية AMB أصبحت تقنية التمعدن السائدة لركائز السيراميك المصنوعة من نتريد السيليكون (Si₃N₄) - والسبب في أن مزيج Si₃N₄ + AMB أصبح الآن منصة الركيزة القياسية لوحدات الطاقة من الجيل التالي SiC و GaN في محولات جر المركبات الكهربائية، والمحركات الصناعية، وأنظمة الطاقة المتجددة.

تقوم شركة Highleap Electronics بتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية AMB على ركائز Si₃N₄ و AlN بسماكات نحاسية من 0.15 مم إلى 0.8 مم، مدمجة مع قدراتنا في تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية واختبار وحدات الطاقة.

احصل على عرض سعر للوحة الدوائر المطبوعة الخزفية من AMB →

كيف تعمل عملية AMB

تختلف عملية اللحام بالمعادن النشطة اختلافًا جوهريًا عن اللحام بالنحاس المباشر. ففي اللحام بالنحاس المباشر، يرتبط النحاس بالسيراميك عبر مزيج يوتكتيكي من أكسيد النحاس يتكون عند درجة حرارة تقارب 1,065 درجة مئوية. ويجب أن يكون السيراميك أكسيدًا (مثل الألومينا) أو أن يكون سطحه قابلًا لتكوين الأكسيد لكي يعمل اللحام بالنحاس المباشر بكفاءة. وهذا يحد من فعالية اللحام بالنحاس المباشر على أنواع السيراميك غير الأكسيدية مثل نيتريد السيليكون (Si₃N₄).

تحلّ شركة AMB هذه المشكلة بإدخال معدن نشط - التيتانيوم - في سبيكة اللحام. عند درجة حرارة اللحام (800-900 درجة مئوية) تحت فراغ أو جو خامل، يتفاعل التيتانيوم مباشرةً مع سطح السيراميك، مُشكِّلاً طبقة تفاعل رقيقة (عادةً TiN على Si₃N₄، أو TiO على Al₂O₃) تُبلَّل بمعدن اللحام المنصهر من الفضة والنحاس. والنتيجة هي رابطة معدنية بين النحاس والسيراميك لا تعتمد على تكوين الأكاسيد.

تسلسل تصنيع AMB:

مقارنة بين تقنية AMB وتقنية DBC: متى تكون كل تقنية هي الخيار الأمثل

لا يُعدّ نظام AMB بديلاً شاملاً لنظام DBC، بل هو ترقية للتطبيقات التي يصل فيها نظام DBC إلى حدود موثوقيته أو سماكة النحاس. ويعتمد الاختيار بينهما على قيود التصميم المحددة.

استخدم تقنية DBC عندما: تستخدم وحدة الطاقة الخاصة بك ركيزة من الألومينا أو نتريد الألومنيوم، ويكون عدد دورات التبريد والتدفئة المطلوبة أقل من 5,000 دورة تقريبًا، ويكون سمك النحاس 600 ميكرومتر أو أقل كافيًا. تظل ركائز نتريد الألومنيوم بتقنية DBC الخيار الأمثل من حيث التكلفة لوحدات IGBT في أنظمة الطاقة غير المنقطعة الصناعية، وآلات اللحام، ومحولات الطاقة الشمسية ذات دورات التبريد والتدفئة المتوسطة.

استخدم تقنية AMB عندما: يُحدد التصميم ركيزة Si₃N₄ (لا تلتصق تقنية DBC بشكل موثوق بركيزة Si₃N₄)، ويتجاوز عمر دورات التبريد والتسخين 10,000 دورة، ويتجاوز فرق درجة الحرارة (ΔT) 200 درجة مئوية، أو يتطلب الأمر سمكًا للنحاس يزيد عن 600 ميكرومتر لتحمل التيار. تنطبق هذه الشروط على معظم محولات الجر SiC/GaN المستخدمة في السيارات ومحركات الجيل التالي الصناعية.

اختيار الركيزة للوحات الدوائر المطبوعة الخزفية AMB

Si₃N₄ — الركيزة المغناطيسية النشطة السائدة في صناعة السيارات والمركبات الكهربائية

تمتص صلابة نتريد السيليكون (700-1,000 ميجا باسكال) الإجهاد الحراري الميكانيكي الناتج عن تمدد النحاس السميك أثناء دورات التبريد والتسخين. ويجتاز مزيج Si₃N₄ + AMB باستمرار متطلبات دورات التبريد والتسخين AEC-Q100/Q200 لتأهيل السيارات - عادةً من -55 إلى +175 درجة مئوية لأكثر من 3,000 دورة طاقة، ومن -55 إلى +250 درجة مئوية لأكثر من 1,000 دورة صدمة حرارية. ويُعد هذا المستوى من الموثوقية الآن شرطًا أساسيًا لموردي الفئة الأولى في صناعة السيارات الكهربائية الذين يحددون وحدات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون.

AlN - AMB للحصول على أعلى موصلية حرارية

عندما تكون الموصلية الحرارية (170-200 واط/متر·كلفن) أهم من قدرة التحمل أثناء دورات التشغيل، يوفر AlN AMB أفضل مسار حراري. يُستخدم AlN AMB في مضخمات الترددات الراديوية عالية الطاقة، وبعض وحدات IGBT الصناعية، والتطبيقات التي يهيمن فيها استخلاص الحرارة على ميزانية التصميم. مع ذلك، فإن انخفاض مقاومة الكسر في AlN (300-350 ميجا باسكال) يعني أنه يصل إلى حدود دورات التشغيل أسرع من Si₃N₄ تحت إجهاد مكافئ - أي أن المفاضلة تكمن في الأداء الحراري مقابل المتانة الميكانيكية.

التطبيقات التي تدفع الطلب على AMB

اعتبارات تصميم ركائز AMB

تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية AMB عناية تصميمية خاصة تختلف عن ممارسات لوحات الدوائر المطبوعة العضوية ولوحات الدوائر المطبوعة ذات التصميم الديناميكي (DBC):

تؤثر هندسة نمط النحاس على الموثوقية. فالجزر النحاسية الكبيرة المعزولة ذات الحواف الحادة تُسبب تركيزًا للإجهاد أثناء دورات التبريد والتسخين. تجنب نسب أبعاد رقع النحاس التي تتجاوز 5:1. يجب أن يكون نصف قطر زوايا وسادات النحاس ≥ 0.5 مم لتقليل تركيز الإجهاد. توضح إرشادات تصميم لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية هذه القواعد بالتفصيل مع تحديد عتبات أبعاد محددة.

يقلل التوزيع المتوازن للنحاس على كلا الجانبين من التشوّه. يؤدي اختلاف سماكة النحاس على السطحين العلوي والسفلي إلى قوى تمدد حراري غير متماثلة أثناء اللحام وأثناء التشغيل، مما يتسبب في تقوّس الركيزة. يحافظ التوزيع المتوازن للنحاس - أو نمط النحاس المُتحكم به على الجانب الخلفي - على استواء الركيزة خلال جميع التغيرات الحرارية.

يجب أن يراعي تصميم وصلات اللحام اختلاف معامل التمدد الحراري. يُولّد اختلاف معامل التمدد الحراري بين Si₃N₄ (حوالي 3 جزء في المليون/درجة مئوية) وأطراف المكونات أو لوحة الدائرة المطبوعة للنظام (حوالي 17 جزء في المليون/درجة مئوية لـ FR4) إجهاد قص في وصلات اللحام أثناء دورات التسخين والتبريد. استخدم وصلات مرنة (أطراف مرنة، نقاط تلامس زنبركية) أو مادة حشو سفلية في حال تعذر تجنب اختلاف معامل التمدد الحراري.

تُعدّ استراتيجية التركيب بالغة الأهمية. فالسيراميك مادة هشة، لذا فإنّ تركيبها بالبراغي دون استخدام جلبات معدنية أو مراعاة حدود عزم الدوران سيؤدي إلى تشققها. أما استخدام مواد لاصقة أو مشابك مع وسادات مرنة فيُزيل الأحمال النقطية. ويُغطي دليلنا الهندسي للوحات الدوائر المطبوعة ذات القاعدة السيراميكية أسباب فشل التركيب وطرق الوقاية منه.

قدرات التصنيع لدى شركة هايليب إيه إم بي

الأسئلة الشائعة

ما هي لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية AMB؟

لوحة الدوائر المطبوعة الخزفية بتقنية اللحام المعدني النشط (AMB) هي لوحة دوائر يتم فيها ربط رقائق النحاس بركيزة خزفية باستخدام سبيكة لحام نشطة - عادةً ما تكون من الفضة والنحاس والتيتانيوم - عند درجة حرارة تتراوح بين 800 و900 درجة مئوية تحت الفراغ. يتفاعل التيتانيوم مع سطح السيراميك لتكوين رابطة معدنية. تُنتج تقنية اللحام المعدني النشط أقوى واجهة بين النحاس والسيراميك مقارنةً بأي تقنية أخرى للتعدين، ولهذا السبب تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب تحملًا عاليًا لدورات الحرارة - وخاصةً وحدات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم في محولات التيار الكهربائي للسيارات.

ما الفرق بين AMB و DBC؟

تستخدم تقنية DBC مزيجًا من أكسيد النحاس عند درجة حرارة 1,065 درجة مئوية تقريبًا لربط النحاس بالسيراميك، وهي فعالة مع الألومينا ونتريد الألومنيوم (AlN). أما تقنية AMB فتستخدم لحام المعادن النشطة عند درجة حرارة 800-900 درجة مئوية، مما يُشكل رابطة كيميائية مع أي نوع من السيراميك، بما في ذلك نيتريد السيليكون (Si₃N₄). تتميز تقنية AMB بقوة تقشير أعلى، وتدعم نحاسًا أكثر سمكًا (حتى 800 ميكرومتر)، وتوفر عمرًا أطول من 5 إلى 10 أضعاف في دورات التبريد والتسخين مقارنةً بتقنية DBC على ركائز مماثلة. تبقى تقنية DBC أكثر فعالية من حيث التكلفة لوحدات IGBT القياسية ذات متطلبات دورات التبريد والتسخين المتوسطة. للاطلاع على المواصفات التفصيلية لتقنية DBC، يُرجى مراجعة قسم إمكانيات ركائز DBC.

لماذا يعتبر Si₃N₄ الركيزة المفضلة لـ AMB؟

يتمتع Si₃N₄ بمقاومة للكسر تفوق مقاومة الألومينا وAlN بمرتين إلى ثلاث مرات (700-1,000 ميجا باسكال مقابل 300-400 ميجا باسكال). وعند دمجه مع الرابطة القوية لـ AMB، تتحمل ركائز Si₃N₄ AMB أكثر من 30,000 دورة حرارية عند درجات حرارة تتراوح بين -55 و+250 درجة مئوية، وهو شرط لا تستطيع الركائز الخزفية الأخرى تحقيقه بكفاءة. هذه المتانة هي السبب وراء توصية مصنعي السيارات الأصليين باستخدام Si₃N₄ AMB في محولات جر SiC مع ضمانات تزيد عن 15 عامًا.

ما هي الصناعات التي تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة الخزفية AMB؟

محولات جر المركبات الكهربائية (وحدات MOSFET من كربيد السيليكون)، ومحركات التشغيل الصناعية، ومحولات الطاقة المتجددة (الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح)، وإلكترونيات جر السكك الحديدية، وأنظمة الطاقة الفضائية عالية الموثوقية. أي تطبيق يتطلب كثافة طاقة تتجاوز 100 واط/سم²، أو دورات حرارية تتجاوز 10,000 دورة، أو سمك نحاس يزيد عن 300 ميكرومتر.

ما هي الملفات التي يحتاجها برنامج Highleap لتقديم عرض سعر لمشروع AMB؟

ملفات Gerber (طبقات النحاس، المخطط الخارجي، قناع اللحام)، ورسم تصنيع يحدد نوع المادة الخزفية، وسماكة الركيزة، وسماكة النحاس، وتشطيب السطح، والتفاوتات الأبعاد، ومتطلبات اختبارات التدوير الحراري أو اختبارات الموثوقية التي يجب أن تستوفيها الوحدة. لتجميع الوحدات الجاهزة للاستخدام، أضف قائمة المواد ورسم التجميع. نقدم مراجعة التصميم للتصنيع وتوصيات بشأن المواد بناءً على مواصفات الطاقة والتدوير الخاصة بك.