Fabricație PCB ceramică AMB din cupru greu

PCB-urile ceramice AMB utilizează lipire metalică activă pentru a lega cuprul gros direct de substraturile ceramice - creând cea mai puternică interfață cupru-ceramică disponibilă în producție astăzi. Procesul de lipire utilizează un aliaj Ag-Cu-Ti la 800–900 °C sub vid; elementul activ de titan umezește suprafața ceramică și formează o legătură metalurgică reală care supraviețuiește regimurilor de cicluri termice în care îmbinările DBC și DPC în cele din urmă cedează.

Această rezistență a legăturilor este motivul pentru care AMB a devenit tehnologia dominantă de metalizare pentru substraturile ceramice de nitrură de siliciu (Si₃N₄) - și de ce combinația Si₃N₄ + AMB este acum platforma standard de substrat pentru modulele de putere SiC și GaN de generație următoare din invertoarele de tracțiune pentru vehicule electrice, acționările industriale și sistemele de energie regenerabilă.

Highleap Electronics produce PCB-uri ceramice AMB pe substraturi de Si₃N₄ și AlN cu grosimi de cupru de la 0.15 mm la 0.8 mm, integrate cu capacitățile noastre de asamblare PCB ceramică și testare a modulelor de putere.

Obțineți o ofertă pentru PCB-uri ceramice AMB →

Cum funcționează procesul AMB

Brazarea activă a metalelor diferă fundamental de DBC. În DBC, cuprul se leagă de ceramică printr-un eutectic de oxid de cupru format la ~1,065 °C — ceramica trebuie să fie un oxid (alumină) sau să aibă o suprafață formatoare de oxid pentru ca DBC să funcționeze fiabil. Acest lucru limitează eficacitatea DBC pe ceramicile neoxidice, cum ar fi Si₃N₄.

AMB rezolvă această problemă prin introducerea unui metal activ — titanul — în aliajul de lipire. La temperatura de lipire (800–900 °C) sub vid sau atmosferă inertă, titanul reacționează direct cu suprafața ceramică, formând un strat subțire de reacție (de obicei TiN pe Si₃N₄ sau TiO pe Al₂O₃) care este umezit de lipirea topită Ag-Cu. Rezultatul este o legătură metalurgică între cupru și ceramică care nu depinde de formarea de oxid.

Secvența de fabricație a AMB:

AMB vs. DBC: Când fiecare tehnologie este alegerea potrivită

AMB nu este un înlocuitor universal pentru DBC — este un upgrade pentru aplicațiile în care DBC își atinge limitele de fiabilitate sau grosime a cuprului. Alegerea între ele depinde de constrângerile specifice de proiectare.

Utilizați DBC atunci când: modulul de alimentare utilizează substrat de alumină sau AlN, cerința de cicluri termice este sub ~5,000 de cicluri și grosimea cuprului de 600 µm sau mai puțin este adecvată. Substraturile AlN DBC rămân alegerea rentabilă pentru modulele IGBT în UPS-uri industriale, aparate de sudură și invertoare solare cu profiluri de cicluri moderate.

Se utilizează AMB atunci când: proiectarea specifică un substrat de Si₃N₄ (DBC nu se leagă în mod fiabil de Si₃N₄), durata de viață a ciclului termic depășește 10,000 de cicluri, variația de temperatură (ΔT) depășește 200 °C sau este necesară o grosime a cuprului peste 600 µm pentru gestionarea curentului. Aceste condiții se aplică majorității invertoarelor de tracțiune SiC/GaN de calitate auto și acționărilor industriale de ultimă generație.

Selectarea substratului pentru PCB-uri ceramice AMB

Si₃N₄ — substratul AMB dominant pentru automobile și vehicule electrice

Rezistența la fractură a nitrurii de siliciu (700–1,000 MPa) absoarbe stresul termomecanic generat de expansiunea cuprului gros în timpul ciclului termic. Combinația de Si₃N₄ + AMB îndeplinește în mod constant cerințele de ciclare termică AEC-Q100/Q200 pentru calificarea în domeniul auto - de obicei -55 până la +175 °C pentru peste 3,000 de cicluri de putere și -55 până la +250 °C pentru peste 1,000 de cicluri de șoc termic. Acest nivel de fiabilitate este acum o cerință de bază pentru furnizorii de vehicule electrice Tier-1 care specifică module MOSFET SiC.

AlN — AMB pentru cea mai mare conductivitate termică

Când conductivitatea termică (170–200 W/m·K) este mai importantă decât rezistența la cicluri, AlN AMB oferă cea mai bună cale termică. AlN AMB este utilizat în amplificatoare RF de mare putere, anumite module IGBT industriale și aplicații în care extracția căldurii domină bugetul de proiectare. Cu toate acestea, rezistența la fractură mai mică a AlN (300–350 MPa) înseamnă că atinge limitele de cicluri mai repede decât Si₃N₄ sub solicitări echivalente - compromisul fiind performanța termică versus rezistența mecanică.

Aplicații care stimulează cererea AMB

Considerații de proiectare pentru substraturile AMB

PCB-urile ceramice AMB necesită o atenție specifică la design, diferită de practica DBC și PCB-urile organice:

Geometria modelului de cupru afectează fiabilitatea. Insulele mari de cupru izolate, cu margini abrupte, creează o concentrare de stres în timpul ciclului termic. Evitați raporturile de aspect ale patch-urilor de cupru care depășesc 5:1. Razele de colț ale plăcuțelor de cupru trebuie să fie ≥0.5 mm pentru a reduce concentrarea de stres. Instrucțiunile de proiectare pentru PCB-urile ceramice detaliază aceste reguli cu praguri dimensionale specifice.

Cuprul echilibrat pe ambele părți reduce deformarea. Grosimea inegală a cuprului pe suprafețele superioare și inferioare creează forțe de dilatare termică asimetrice în timpul lipirii și în timpul funcționării, ducând la curbarea substratului. Metalizarea echilibrată a cuprului - sau un model controlat de cupru pe partea din spate - menține substratul plat în timpul tuturor fluctuațiilor termice.

Proiectarea îmbinărilor de lipire trebuie să țină cont de nepotrivirea CTE. Diferența CTE dintre Si₃N₄ (~3 ppm/°C) și conexiunile componentelor sau PCB-ul sistemului (~17 ppm/°C pentru FR4) generează tensiune de forfecare în îmbinările de lipire în timpul ciclului termic. Se utilizează interconexiuni conforme (conexiuni flexibile, contacte cu arc) sau umplere insuficientă acolo unde nepotrivirea CTE nu poate fi evitată.

Strategia de montare este esențială. Ceramica este fragilă — montarea cu șuruburi fără bucșe metalice și limite de cuplu va crăpa substratul. Lipirea adezivă sau prinderea cu plăcuțe flexibile elimină încărcările punctuale. Ghidul nostru tehnic pentru PCB cu bază ceramică acoperă modurile de defecțiune la montare și prevenirea acestora.

Capacități de producție Highleap AMB

Întrebări frecvente

Ce este un PCB ceramic AMB?

O placă de circuit imprimat ceramică AMB (Active Metal Brazing - Brazing activ cu metale) este o placă de circuit în care folia de cupru este lipită de un substrat ceramic folosind un aliaj de brazare activă - de obicei Ag-Cu-Ti - la 800–900 °C sub vid. Titanul reacționează cu suprafața ceramică pentru a forma o legătură metalurgică. AMB produce cea mai puternică interfață cupru-ceramică dintre toate tehnologiile de metalizare, motiv pentru care este specificată pentru aplicații care necesită o rezistență extremă la cicluri termice - în principal module de putere SiC și GaN în invertoarele vehiculelor electrice.

Care este diferența dintre AMB și DBC?

DBC utilizează un eutectic de oxid de cupru la ~1,065 °C pentru a lega cuprul la ceramică — funcționează bine pe alumină și AlN. AMB utilizează lipire metalică activă la 800–900 °C, care formează o legătură chimică cu orice tip de ceramică, inclusiv Si₃N₄. AMB obține o rezistență mai mare la decojire, suportă cupru mai gros (până la 800 µm) și oferă o durată de viață a ciclului termic de 5-10 ori mai lungă decât DBC pe substraturi echivalente. DBC rămâne mai rentabil pentru modulele IGBT standard cu cerințe moderate de ciclare. Pentru specificațiile detaliate ale DBC, consultați capacitățile noastre pentru substraturi DBC.

De ce este Si₃N₄ substratul preferat pentru AMB?

Si₃N₄ are o rezistență la fractură de 2-3 ori mai mare decât alumina și AlN (700-1,000 MPa față de 300-400 MPa). În combinație cu legătura puternică a AMB, substraturile Si₃N₄ AMB rezistă la peste 30,000 de cicluri termice la –55 până la +250 °C - o cerință pe care alte substraturi ceramice nu o pot îndeplini în mod fiabil. Această durabilitate este motivul pentru care producătorii de echipamente originale din industria auto specifică acum Si₃N₄ AMB pentru invertoarele de tracțiune SiC cu cerințe de garanție de peste 15 ani.

Ce industrii utilizează PCB-uri ceramice AMB?

Invertoare de tracțiune pentru vehicule electrice (module MOSFET SiC), acționări industriale pentru motoare, convertoare de energie regenerabilă (solară, eoliană), electronică de tracțiune feroviară și sisteme de alimentare aerospațiale de înaltă fiabilitate. Este necesară orice aplicație în care densitatea de putere depășește 100 W/cm², ciclurile termice depășesc 10,000 de cicluri sau grosimea cuprului este mai mare de 300 µm.

De ce fișiere are nevoie Highleap pentru a oferi o cotație pentru un proiect AMB?

Fișiere Gerber (straturi de cupru, contur, mască de lipire), desen de fabricație care specifică materialul ceramic, grosimea substratului, grosimea cuprului, finisajul suprafeței, toleranțele dimensionale și cerințele de testare a ciclului termic sau a fiabilității pe care trebuie să le îndeplinească modulul dumneavoastră. Pentru asamblarea modulelor la cheie, adăugați lista de materiale (BOM) și desenul de asamblare. Oferim revizuire DFM și recomandări de materiale bazate pe specificațiile dumneavoastră de putere și ciclare.