Ağır Bakır AMB Seramik PCB Üretimi

AMB seramik PCB'ler, kalın bakırı doğrudan seramik alt tabakalara bağlamak için aktif metal lehimleme kullanır ve bu da günümüzde üretimde mevcut olan en güçlü bakır-seramik arayüzünü oluşturur. Lehimleme işlemi, vakum altında 800-900 °C'de Ag-Cu-Ti alaşımı kullanır; aktif titanyum elementi seramik yüzeyi ıslatır ve DBC ve DPC bağlantılarının sonunda başarısız olduğu termal döngü rejimlerine dayanabilen gerçek bir metalurjik bağ oluşturur.

Bu bağ gücü, AMB'nin silikon nitrür (Si₃N₄) seramik alt tabakalar için baskın metalizasyon teknolojisi haline gelmesinin ve Si₃N₄ + AMB kombinasyonunun artık elektrikli araç çekiş invertörlerinde, endüstriyel sürücülerde ve yenilenebilir enerji sistemlerinde yeni nesil SiC ve GaN güç modülleri için standart alt tabaka platformu olmasının nedenidir.

Highleap Electronics, seramik PCB montajı ve güç modülü test yetenekleriyle entegre olarak, 0.15 mm ile 0.8 mm arasında bakır kalınlıklarına sahip Si₃N₄ ve AlN alt tabakalar üzerine AMB seramik PCB'ler üretmektedir .

AMB Seramik PCB Teklifi Alın →

AMB Süreci Nasıl İşler?

Aktif metal lehimleme, DBC'den temel olarak farklıdır. DBC'de bakır, yaklaşık 1,065 °C'de oluşan bir bakır-oksit ötektiği yoluyla seramiğe bağlanır; DBC'nin güvenilir bir şekilde çalışması için seramiğin bir oksit (alümina) olması veya oksit oluşturan bir yüzeye sahip olması gerekir. Bu durum, DBC'nin Si₃N₄ gibi oksit olmayan seramikler üzerindeki etkinliğini sınırlar.

AMB, lehim alaşımına aktif bir metal olan titanyum ekleyerek bu sorunu çözer. Vakum altında veya inert atmosferde lehimleme sıcaklığında (800–900 °C), titanyum doğrudan seramik yüzeyle reaksiyona girerek ince bir reaksiyon tabakası (tipik olarak Si₃N₄ üzerinde TiN veya Al₂O₃ üzerinde TiO) oluşturur ve bu tabaka erimiş Ag-Cu lehimiyle ıslatılır. Sonuç olarak, oksit oluşumuna bağlı olmayan, bakır ve seramik arasında metalurjik bir bağ elde edilir.

AMB üretim sırası:

AMB ve DBC: Her Teknoloji Ne Zaman Doğru Seçimdir?

AMB, DBC'nin evrensel bir alternatifi değildir; DBC'nin güvenilirlik veya bakır kalınlığı sınırlarına ulaştığı uygulamalar için bir yükseltme çözümüdür. Aralarındaki seçim, belirli tasarım kısıtlamalarına bağlıdır.

DBC'yi şu durumlarda kullanın: güç modülünüz alümina veya AlN alt tabaka kullanıyorsa, termal döngü gereksinimi ~5,000 döngünün altındaysa ve 600 µm veya daha az bakır kalınlığı yeterliyse. AlN DBC alt tabakalar, orta düzeyde döngü profillerine sahip endüstriyel UPS'lerde, kaynak makinelerinde ve güneş enerjisi invertörlerinde IGBT modülleri için uygun maliyetli bir seçenek olmaya devam etmektedir.

Aşağıdaki durumlarda AMB kullanın: tasarımda Si₃N₄ alt tabaka belirtilmişse (DBC, Si₃N₄'ye güvenilir bir şekilde yapışmaz), termal çevrim ömrü 10,000 çevrimi aşıyorsa, sıcaklık değişimi (ΔT) 200 °C'yi aşıyorsa veya akım taşıma için 600 µm'nin üzerinde bakır kalınlığı gerekiyorsa. Bu koşullar, çoğu otomotiv sınıfı SiC/GaN çekiş invertörü ve yeni nesil endüstriyel sürücüler için geçerlidir.

AMB Seramik PCB'ler için Altlık Seçimi

Si₃N₄ — otomotiv ve elektrikli araçlar için baskın AMB alt tabakası

Silisyum nitrürün kırılma tokluğu (700–1,000 MPa), termal döngü sırasında kalın bakırın genleşmesiyle oluşan termomekanik stresi emer. Si₃N₄ + AMB kombinasyonu, otomotiv yeterliliği için AEC-Q100/Q200 termal döngü gereksinimlerini sürekli olarak karşılar; tipik olarak 3,000'den fazla güç döngüsü için -55 ila +175 °C ve 1,000'den fazla termal şok döngüsü için -55 ila +250 °C aralığında çalışır. Bu güvenilirlik seviyesi, SiC MOSFET modüllerini belirten EV Tier-1 tedarikçileri için artık temel bir gerekliliktir.

AlN — AMB en yüksek termal iletkenlik için

Isı iletkenliğinin (170–200 W/m·K) çevrim dayanıklılığından daha önemli olduğu durumlarda, AlN AMB en iyi termal yolu sunar. AlN AMB, yüksek güçlü RF amplifikatörlerinde, bazı endüstriyel IGBT modüllerinde ve ısı uzaklaştırmanın tasarım bütçesine hakim olduğu uygulamalarda kullanılır. Bununla birlikte, AlN'nin daha düşük kırılma tokluğu (300–350 MPa), eşdeğer gerilim altında Si₃N₄'e göre çevrim sınırlarına daha erken ulaşması anlamına gelir; bu da termal performans ile mekanik dayanıklılık arasında bir denge kurulması demektir.

AMB Talebini Artıran Uygulamalar

AMB Alt Tabakaları için Tasarım Hususları

AMB seramik PCB'ler, DBC ve organik PCB uygulamalarından farklı olarak özel tasarım dikkatine ihtiyaç duyar:

Bakır desen geometrisi güvenilirliği etkiler. Keskin kenarlı büyük, izole bakır adacıkları, termal döngü sırasında gerilim yoğunlaşmasına neden olur. Bakır yama en boy oranlarının 5:1'i aşmasından kaçınılmalıdır. Gerilim yoğunlaşmasını azaltmak için bakır pedlerdeki köşe yarıçapları ≥0.5 mm olmalıdır. Seramik PCB'ler için tasarım kılavuzları, bu kuralları belirli boyut eşikleriyle ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

Her iki tarafta da dengeli bakır kullanımı, bükülmeyi azaltır. Üst ve alt yüzeylerdeki eşit olmayan bakır kalınlığı, lehimleme ve çalışma sırasında asimetrik termal genleşme kuvvetleri oluşturarak alt tabakanın eğilmesine yol açar. Dengeli bakır metalizasyonu – veya kontrollü bir arka yüzey bakır deseni – alt tabakanın tüm termal değişimler boyunca düz kalmasını sağlar.

Lehim bağlantı tasarımında CTE uyumsuzluğu dikkate alınmalıdır. Si₃N₄ (~3 ppm/°C) ile bileşen uçları veya sistem PCB'si (~FR4 için 17 ppm/°C) arasındaki CTE farkı, termal döngü sırasında lehim bağlantılarında kayma gerilimi oluşturur. CTE uyumsuzluğundan kaçınılamıyorsa, uyumlu ara bağlantılar (esnek uçlar, yaylı kontaklar) veya alt dolgu malzemesi kullanılmalıdır.

Montaj stratejisi çok önemlidir. Seramik kırılgandır; metal burçlar ve tork sınırları olmadan vidalı montaj, alt tabakanın çatlamasına neden olur. Yapıştırıcı ile bağlama veya esnek pedlerle sıkıştırma, nokta yüklerini ortadan kaldırır. Seramik tabanlı PCB mühendisliği kılavuzumuz , montaj arıza modlarını ve bunların önlenmesini kapsamaktadır.

Highleap AMB Üretim Yetenekleri

Sıkça Sorulan Sorular

AMB seramik PCB nedir?

AMB (Aktif Metal Lehimleme) seramik PCB, bakır folyonun, genellikle Ag-Cu-Ti olan aktif bir lehim alaşımı kullanılarak 800-900 °C'de vakum altında seramik bir alt tabakaya yapıştırıldığı bir devre kartıdır. Titanyum, metalurjik bir bağ oluşturmak için seramik yüzeyle reaksiyona girer. AMB, herhangi bir metalizasyon teknolojisinin en güçlü bakır-seramik arayüzünü üretir; bu nedenle, özellikle EV invertörlerindeki SiC ve GaN güç modülleri gibi aşırı termal döngü dayanıklılığı gerektiren uygulamalar için tercih edilir.

AMB ve DBC arasındaki fark nedir?

DBC, bakırı seramiğe bağlamak için ~1,065 °C'de bakır-oksit ötektik kullanır; alümina ve AlN üzerinde iyi sonuç verir. AMB ise 800-900 °C'de aktif metal lehimleme kullanır ve Si₃N₄ dahil olmak üzere her türlü seramik türüyle kimyasal bağ oluşturur. AMB, daha yüksek soyulma mukavemeti sağlar, daha kalın bakırı (800 µm'ye kadar) destekler ve eşdeğer alt tabakalarda DBC'ye göre 5-10 kat daha uzun termal döngü ömrü sunar. DBC, orta düzeyde döngü gereksinimlerine sahip standart IGBT modülleri için daha uygun maliyetlidir. Ayrıntılı DBC özellikleri için DBC alt tabaka yeteneklerimize bakın.

AMB için neden Si₃N₄ tercih edilen alt tabakadır?

Si₃N₄, alümina ve AlN'ye göre 2-3 kat daha yüksek kırılma tokluğuna sahiptir (700-1,000 MPa'ya karşılık 300-400 MPa). AMB'nin güçlü bağıyla birleştiğinde, Si₃N₄ AMB alt tabakaları -55 ila +250 °C arasında 30,000'den fazla termal döngüye dayanır; bu, diğer seramik alt tabakaların güvenilir bir şekilde karşılayamadığı bir gereksinimdir. Bu dayanıklılık nedeniyle otomotiv OEM'leri artık 15 yıldan fazla garanti gereksinimleriyle SiC çekiş invertörleri için Si₃N₄ AMB'yi tercih etmektedir.

AMB seramik baskılı devre kartlarını hangi sektörler kullanıyor?

Elektrikli araç çekiş invertörleri (SiC MOSFET modülleri), endüstriyel motor sürücüleri, yenilenebilir enerji dönüştürücüler (güneş, rüzgar), demiryolu çekiş elektroniği ve yüksek güvenilirlik gerektiren havacılık güç sistemleri. Güç yoğunluğunun 100 W/cm²'yi, termal döngünün 10,000 döngüyü veya bakır kalınlığının 300 µm'nin üzerinde olması gereken her türlü uygulama.

Highleap'in bir AMB projesi için fiyat teklifi verebilmesi için hangi dosyalara ihtiyacı var?

Gerber dosyaları (bakır katmanlar, kontur, lehim maskesi), seramik malzeme, alt tabaka kalınlığı, bakır kalınlığı, yüzey işlemi, boyut toleransları ve modülünüzün karşılaması gereken termal döngü veya güvenilirlik testi gereksinimlerini belirten imalat çizimi. Anahtar teslim modül montajı için, malzeme listesi (BOM) ve montaj çizimi ekleyin. Güç ve döngü özelliklerinize göre DFM incelemesi ve malzeme önerileri sunuyoruz.