Виготовлення друкованих плат з важкої міді AMB з кераміки

Керамічні друковані плати AMB використовують активне металеве паяння для безпосереднього з'єднання товстої міді з керамічними підкладками, створюючи найміцніший мідно-керамічний інтерфейс, доступний на сьогоднішній день. У процесі паяння використовується сплав Ag-Cu-Ti при температурі 800–900 °C у вакуумі; активний титановий елемент змочує керамічну поверхню та утворює справжній металургійний зв'язок, який витримує режими термоциклування, коли з'єднання DBC та DPC зрештою виходять з ладу.

Ця міцність з'єднання є причиною, чому AMB стала домінуючою технологією металізації для керамічні підкладки з нітриду кремнію (Si₃N₄) — і чому комбінація Si₃N₄ + AMB зараз є стандартною платформою підкладки для силових модулів SiC та GaN наступного покоління в тягових інверторах для електромобілів, промислових приводах та системах відновлюваної енергії.

Highleap Electronics виробляє керамічні друковані плати AMB на підкладках Si₃N₄ та AlN з товщиною міді від 0.15 мм до 0.8 мм, інтегровані з нашими збірка керамічної друкованої плати та можливості тестування силових модулів.

Отримайте цінову пропозицію на керамічну друковану плату AMB →

Як працює процес AMB

Пайка активним металом принципово відрізняється від DBC. У DBC мідь зв'язується з керамікою через евтектику міді-оксиду, що утворюється при температурі ~1,065 °C — кераміка повинна бути оксидом (глиноземом) або мати поверхню, що утворює оксид, щоб DBC надійно працював. Це обмежує ефективність DBC на неоксидній кераміці, такій як Si₃N₄.

AMB вирішує цю проблему, вводячи активний метал — титан — у припійний сплав. За температури паяння (800–900 °C) у вакуумі або інертній атмосфері титан безпосередньо реагує з керамічною поверхнею, утворюючи тонкий реакційний шар (зазвичай TiN на Si₃N₄ або TiO на Al₂O₃), який змочується розплавленим срібно-медним припоїм. Результатом є металургійний зв'язок між міддю та керамікою, який не залежить від утворення оксиду.

Послідовність виготовлення AMB:

AMB проти DBC: коли кожна технологія є правильним вибором

AMB не є універсальною заміною DBC — це оновлення для застосувань, де DBC досягає меж своєї надійності або товщини міді. Вибір між ними залежить від конкретних конструктивних обмежень.

Використовуйте DBC, коли: Ваш силовий модуль використовує підкладку з оксиду алюмінію або AlN, вимоги до термоциклування становлять менше ~5,000 циклів, а товщина міді 600 мкм або менше є достатньою. AlN Субстрати DBC залишаються економічно ефективним вибором для IGBT модулів у промислових ДБЖ, зварювальних апаратах та сонячних інверторах з помірними профілями циклічного перезаряджання.

Використовуйте AMB, коли: конструкція вимагає використання підкладки Si₃N₄ (DBC ненадійно зв'язується з Si₃N₄), термін служби термоциклування перевищує 10 000 циклів, коливання температури (ΔT) перевищує 200 °C або для обробки струму потрібна товщина міді понад 600 мкм. Ці умови застосовуються до більшості тягових інверторів SiC/GaN автомобільного класу та промислових приводів наступного покоління.

Вибір підкладки для керамічних друкованих плат AMB

Si₃N₄ — домінуючий субстрат AMB для автомобілів та електромобілів

В'язкість нітриду кремнію на розрив (700–1,000 МПа) поглинає термомеханічне напруження, що виникає внаслідок розширення товстої міді під час термоциклування. Комбінація Si₃N₄ + AMB стабільно відповідає вимогам AEC-Q100/Q200 щодо термоциклування для кваліфікації автомобільної техніки — зазвичай від –55 до +175 °C протягом понад 3,000 циклів живлення та від –55 до +250 °C протягом понад 1,000 циклів теплового удару. Цей рівень надійності зараз є базовою вимогою для постачальників електромобілів Tier 1, які визначають модулі SiC MOSFET.

AlN — AMB для найвищої теплопровідності

Коли теплопровідність (170–200 Вт/м·K) важливіша за циклічну витривалість, AlN AMB пропонує найкращий тепловий шлях. AlN AMB використовується у потужних радіочастотних підсилювачах, деяких промислових IGBT модулях та в установках, де відведення тепла є важливим фактором у бюджеті проектування. Однак нижча в'язкість AlN на руйнування (300–350 МПа) означає, що він досягає меж циклічної витривалості швидше, ніж Si₃N₄, за еквівалентного напруження — компроміс полягає у співвідношенні теплові характеристики та механічної витривалості.

Застосування, що стимулюють попит на AMB

Міркування щодо проектування субстратів AMB

Керамічні друковані плати AMB потребують особливої ​​уваги при проектуванні, що відрізняється від практики DBC та органічних друкованих плат:

Геометрія мідного малюнка впливає на надійність. Великі ізольовані мідні острівці з різкими краями створюють концентрацію напружень під час термоциклування. Уникайте співвідношення сторін мідних контактних майданчиків, що перевищує 5:1. Радіуси кутів на мідних контактних майданчиках повинні бути ≥0.5 мм, щоб зменшити концентрацію напружень. рекомендації щодо проектування керамічних друкованих плат детально опишіть ці правила з конкретними пороговими значеннями розмірів.

Збалансоване покриття міддю з обох боків зменшує деформацію. Нерівномірна товщина міді на верхній та нижній поверхнях створює асиметричні сили теплового розширення під час паяння та під час роботи, що призводить до вигинання підкладки. Збалансована металізація міді — або контрольований малюнок міді на зворотному боці — утримує підкладку плоскою протягом усіх температурних коливань.

Конструкція паяного з'єднання повинна враховувати невідповідність КТР. Різниця КТР між Si₃N₄ (~3 ppm/°C) та виводами компонентів або системною друкованою платою (~17 ppm/°C для FR4) створює напругу зсуву в паяних з'єднаннях під час термоциклування. Використовуйте сумісні з'єднання (гнучкі виводи, пружинні контакти) або заповнюйте матеріал, якщо невідповідності КТР неможливо уникнути.

Стратегія монтажу має вирішальне значення. Кераміка крихка — гвинтове кріплення без металевих втулок та обмежень крутного моменту призведе до розтріскування основи. Клейове склеювання або затискання за допомогою сумісних прокладок усуває точкові навантаження. Наші Керівництво з проектування друкованих плат на керамічній основі охоплює види несправностей монтажу та їх запобігання.

Виробничі можливості Highleap AMB

Поширені запитання

Що таке керамічна друкована плата AMB?

Керамічна друкована плата AMB (активне паяння металів) — це друкована плата, на якій мідна фольга скріплена з керамічною підкладкою за допомогою активного припою — зазвичай Ag-Cu-Ti — при температурі 800–900 °C у вакуумі. Титан реагує з керамічною поверхнею, утворюючи металургійний зв'язок. AMB створює найміцніший мідно-керамічний інтерфейс серед усіх технологій металізації, тому вона призначена для застосувань, що вимагають надзвичайної термоциклічної стійкості — в першу чергу для силових модулів SiC та GaN в інверторах для електромобілів.

Яка різниця між AMB та DBC?

DBC використовує евтектику оксиду міді за температури ~1,065 °C для з'єднання міді з керамікою — вона добре працює з оксидом алюмінію та AlN. AMB використовує активне металеве паяння за температури 800–900 °C, яке утворює хімічний зв'язок з будь-яким типом кераміки, включаючи Si₃N₄. AMB досягає вищої міцності на відшарування, підтримує товстішу мідь (до 800 мкм) та забезпечує в 5–10 разів довший термін служби термоциклування, ніж DBC на еквівалентних підкладках. DBC залишається більш економічно ефективним для стандартних модулів IGBT з помірними вимогами до циклування. Докладні характеристики DBC див. у наших Можливості субстрату DBC.

Чому Si₃N₄ є кращим субстратом для AMB?

Si₃N₄ має в 2–3 рази більшу в'язкість на розрив, ніж оксид алюмінію та AlN (700–1,000 МПа проти 300–400 МПа). У поєднанні з міцним зв'язком AMB, підкладки Si₃N₄ AMB витримують понад 30 000 термічних циклів при температурі від –55 до +250 °C — вимогу, яку інші керамічні підкладки не можуть надійно виконати. Ця довговічність є причиною, чому виробники автомобільної техніки тепер вибирають Si₃N₄ AMB для тягових інверторів SiC з вимогами гарантії понад 15 років.

У яких галузях промисловості використовуються керамічні друковані плати AMB?

Тягові інвертори для електромобілів (модулі SiC MOSFET), промислові приводи двигунів, перетворювачі відновлюваної енергії (сонячна, вітрова), електроніка для залізничної тяги та високонадійні аерокосмічні енергетичні системи. Будь-яке застосування, де щільність потужності перевищує 100 Вт/см², термоциклування перевищує 10 000 циклів або товщина міді понад 300 мкм.

Які файли потрібні Highleap для складання кошторису на проект AMB?

Файли Gerber (мідні шари, контур, паяльна маска), виробниче креслення із зазначенням керамічного матеріалу, товщини підкладки, товщини міді, обробки поверхні, допусків на розміри та вимог до термоциклування або випробувань на надійність, яким повинен відповідати ваш модуль. Для складання модуля "під ключ" додайте специфікацію матеріалу (BOM) та складальне креслення. Ми надаємо огляд DFM та рекомендації щодо матеріалів на основі ваших специфікацій потужності та циклічного навантаження.