Tillverkning av tung koppar AMB keramisk PCB

AMB keramiska kretskort använder aktiv metalllödning för att binda tjock koppar direkt till keramiska substrat – vilket skapar det starkaste koppar-keramik-gränssnittet som finns tillgängligt i produktion idag. Lödningsprocessen använder en Ag-Cu-Ti-legering vid 800–900 °C under vakuum; det aktiva titanelementet väter den keramiska ytan och bildar en verklig metallurgisk bindning som överlever termiska cykler där DBC- och DPC-fogar så småningom går sönder.

Denna bindningsstyrka är anledningen till att AMB har blivit den dominerande metalliseringstekniken för kiselnitrid (Si₃N₄) keramiska substrat – och varför kombinationen av Si₃N₄ + AMB nu är standardsubstratplattformen för nästa generations SiC- och GaN-kraftmoduler i växelriktare för elbilar, industriella drivenheter och förnybara energisystem.

Highleap Electronics tillverkar AMB keramiska kretskort på Si₃N₄- och AlN-substrat med koppartjocklekar från 0.15 mm till 0.8 mm, integrerat med våra möjligheter till montering av keramiska kretskort och testning av kraftmoduler.

Få en offert på AMB keramiska kretskort →

Hur AMB-processen fungerar

Aktiv metalllödning skiljer sig fundamentalt från DBC. I DBC binder koppar till keramik genom en kopparoxid-eutektikum som bildas vid ~1 065 °C – keramiken måste vara en oxid (aluminiumoxid) eller ha en oxidbildande yta för att DBC ska fungera tillförlitligt. Detta begränsar DBC:s effektivitet på icke-oxidkeramik som Si₃N₄.

AMB löser detta genom att introducera en aktiv metall – titan – i lödlegeringen. Vid lödtemperatur (800–900 °C) under vakuum eller inert atmosfär reagerar titanet direkt med den keramiska ytan och bildar ett tunt reaktionsskikt (vanligtvis TiN på Si₃N₄, eller TiO på Al₂O₃) som väts av den smälta Ag-Cu-lödningen. Resultatet är en metallurgisk bindning mellan koppar och keramik som inte är beroende av oxidbildning.

AMB:s tillverkningssekvens:

AMB vs. DBC: När båda teknikerna är rätt val

AMB är inte en universell ersättning för DBC – det är en uppgradering för tillämpningar där DBC når sina gränser för tillförlitlighet eller koppartjocklek. Valet mellan dem beror på de specifika designbegränsningarna.

Använd DBC när: din kraftmodul använder aluminiumoxid- eller AlN-substrat, kravet på termisk cykling är under ~5 000 cykler, och en koppartjocklek på 600 µm eller mindre är tillräcklig. AlN DBC-substrat är fortfarande det kostnadseffektiva valet för IGBT-moduler i industriella UPS-apparater, svetsar och solväxelriktare med måttliga cyklingsprofiler.

Använd AMB när: konstruktionen specificerar Si₃N₄-substrat (DBC binder inte tillförlitligt till Si₃N₄), den termiska livslängden överstiger 10 000 cykler, temperatursvingningen (ΔT) överstiger 200 °C, eller en koppartjocklek på över 600 µm krävs för strömhantering. Dessa villkor gäller för de flesta SiC/GaN-traktionsomriktare av fordonskvalitet och nästa generations industriella drivenheter.

Substratval för AMB keramiska kretskort

Si₃N₄ — det dominerande AMB-substratet för fordons- och elbilar

Kiselnitrids brottstyrka (700–1 000 MPa) absorberar den termomekaniska spänningen som genereras av tjock kopparexpansion under termisk cykling. Kombinationen av Si₃N₄ + AMB uppfyller konsekvent AEC-Q100/Q200-kraven för termisk cykling för fordonskvalificering – vanligtvis –55 till +175 °C under 3 000+ effektcykler och –55 till +250 °C under 1 000+ termiska chockcykler. Denna tillförlitlighetsnivå är nu ett baskrav för elbilsleverantörer Tier-1 som specificerar SiC MOSFET-moduler.

AlN — AMB för högsta värmeledningsförmåga

När värmeledningsförmågan (170–200 W/m·K) är viktigare än cyklisk uthållighet, erbjuder AlN AMB den bästa termiska vägen. AlN AMB används i högeffekts RF-förstärkare, vissa industriella IGBT-moduler och applikationer där värmeutvinning dominerar designbudgeten. AlN:s lägre brottseghet (300–350 MPa) innebär dock att den når cyklisk gräns snabbare än Si₃N₄ under motsvarande belastning – avvägningen är termisk prestanda kontra mekanisk uthållighet.

Applikationer som driver AMB-efterfrågan

Designöverväganden för AMB-substrat

AMB keramiska kretskort kräver specifik designuppmärksamhet som skiljer sig från DBC och organiska kretskortspraxis:

Kopparmönstergeometrin påverkar tillförlitligheten. Stora isolerade kopparöar med tvära kanter skapar spänningskoncentration under termisk cykling. Undvik kopparfläcksförhållanden som överstiger 5:1. Hörnradier på kopparplattor bör vara ≥0.5 mm för att minska spänningskoncentrationen. Designriktlinjerna för keramiska kretskort specificerar dessa regler med specifika dimensionella tröskelvärden.

Balanserad koppar på båda sidor minskar skevhet. Ojämn koppartjocklek på ovan- och underytor skapar asymmetriska värmeutvidgningskrafter under lödning och drift, vilket leder till böjning av substratet. Balanserad kopparmetallisering – eller ett kontrollerat kopparmönster på baksidan – håller substratet plant genom alla termiska avvikelser.

Lödfogens design måste ta hänsyn till CTE-missmatchning. CTE-skillnaden mellan Si₃N₄ (~3 ppm/°C) och komponentkablar eller systemkretskort (~17 ppm/°C för FR4) genererar skjuvspänning i lödfogar under termisk cykling. Använd följsamma förbindningar (flexibla kablar, fjäderkontakter) eller underfyllning där CTE-missmatchning inte kan undvikas.

Monteringsstrategin är avgörande. Keramik är spröd – skruvmontering utan metallbussningar och momentbegränsningar kommer att spricka substratet. Limning eller fastspänning med följsamma dynor eliminerar punktbelastningar. Vår guide till kretskortskonstruktion med keramisk bas täcker monteringsfel och förebyggande åtgärder.

Highleap AMBs tillverkningskapacitet

Vanliga frågor om partihandel med mat och dryck

Vad är ett AMB keramiskt kretskort?

Ett AMB (Active Metal Brazing) keramiskt kretskort är ett kretskort där kopparfolie är bunden till ett keramiskt substrat med hjälp av en aktiv lödlegering – vanligtvis Ag-Cu-Ti – vid 800–900 °C under vakuum. Titanet reagerar med den keramiska ytan för att bilda en metallurgisk bindning. AMB producerar det starkaste koppar-keramik-gränssnittet av alla metalliseringstekniker, vilket är anledningen till att det är specificerat för applikationer som kräver extrem termisk cyklingstålighet – främst SiC- och GaN-kraftmoduler i elbilsväxelriktare.

Vad är skillnaden mellan AMB och DBC?

DBC använder en kopparoxid-eutektik vid ~1 065 °C för att binda koppar till keramik – det fungerar bra på aluminiumoxid och AlN. AMB använder aktiv metalllödning vid 800–900 °C vilket bildar en kemisk bindning med alla typer av keramik, inklusive Si₃N₄. AMB uppnår högre skalhållfasthet, stöder tjockare koppar (upp till 800 µm) och ger 5–10 gånger längre termisk cyklingstid än DBC på motsvarande substrat. DBC är fortfarande mer kostnadseffektivt för standard IGBT-moduler med måttliga cyklingkrav. För detaljerade DBC-specifikationer, se våra DBC-substratfunktioner.

Varför är Si₃N₄ det föredragna substratet för AMB?

Si₃N₄ har 2–3 gånger så hög brottseghet som aluminiumoxid och AlN (700–1 000 MPa jämfört med 300–400 MPa). I kombination med AMB:s starka bindning överlever Si₃N₄ AMB-substrat 30 000+ termiska cykler vid –55 till +250 °C – ett krav som andra keramiska substrat inte kan uppfylla på ett tillförlitligt sätt. Denna hållbarhet är anledningen till att fordonstillverkare nu specificerar Si₃N₄ AMB för SiC-traktionsomriktare med 15+ års garanti.

Vilka branscher använder AMB keramiska kretskort?

Växelriktare för elbilsdrift (SiC MOSFET-moduler), industriella motordrifter, omvandlare för förnybar energi (sol, vind), järnvägselektronik för dragkraft och högtillförlitliga kraftsystem för flyg- och rymdfart. Alla tillämpningar där effekttätheten överstiger 100 W/cm², termisk cykling överstiger 10 000 cykler eller koppartjocklek över 300 µm krävs.

Vilka filer behöver Highleap för att ge offert på ett AMB-projekt?

Gerber-filer (kopparlager, kontur, lödmask), tillverkningsritning som specificerar keramiskt material, substrattjocklek, koppartjocklek, ytfinish, måttoleranser och de krav för termisk cykling eller tillförlitlighetstest som din modul måste uppfylla. För nyckelfärdig modulmontering, lägg till stycklista och monteringsritning. Vi tillhandahåller DFM-granskning och materialrekommendationer baserat på dina effekt- och cyklingsspecifikationer.