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AMB活性金屬焊接陶瓷基板的性能及應(yīng)用

艾邦加工展 ? 來源:艾邦加工展 ? 2023-06-05 16:10 ? 次閱讀

第三代半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)等)的崛起和發(fā)展推動了功率器件尤其是半導(dǎo)體器件不斷走向大功率,小型化,集成化和多功能方面前進(jìn),對封裝基板性能提升起到了很大的促進(jìn)作用。為加強(qiáng)陶瓷基板及其封裝行業(yè)上下游交流聯(lián)動,艾邦建有陶瓷基板產(chǎn)業(yè)群,歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加入。

陶瓷基板也是陶瓷電路板在電子器件封裝中得到廣泛應(yīng)用,主要是由于陶瓷基板具有高熱導(dǎo)率、耐高溫、較低的熱膨脹系數(shù)、高的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕以及絕緣性好、抗輻射的優(yōu)點。

陶瓷基板按照工藝分有很多種,除了直接鍵合銅(DBC)法、直接電鍍銅(DPC)法、激光活化金屬(LAM)法、低溫共燒陶瓷(LTCC)、高溫共燒陶瓷(HTCC)之外,還有目前備受關(guān)注的AMB法技術(shù),即活性金屬釬焊技術(shù)。

一、什么是活性金屬釬焊技術(shù)?

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AMB工藝流程 圖源自網(wǎng)絡(luò)

活性焊銅工藝(AMB)是DBC工藝技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,工作原理為:在釬焊電子漿料中加入少量的活性元素(Ti,Zr,V,Cr等),采用絲印技術(shù)印刷到陶瓷基板上,其上覆蓋無氧銅后放到真空釬焊爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié),然后刻蝕出圖形制作電路,最后再對表面圖形進(jìn)行化學(xué)鍍。使用AMB技術(shù)制備的陶瓷覆銅板結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。

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AMB工藝的陶瓷覆銅板結(jié)構(gòu)圖

二、AMB和DBC的比較

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1.DBC技術(shù)無需額外的材料即可將銅和陶瓷連接起來,而AMB要采用活性金屬將銅釬焊在陶瓷上。

2.對比DBC,AMB有更好的導(dǎo)熱性、耐熱性,強(qiáng)度更高、可靠性更高。

3.氮化硅Si3N4與銅之間不會形成Cu-Si-O化合物,無法使用DBC工藝,必須采用AMB工藝來實現(xiàn)氮化硅與銅的結(jié)合。

三、AMB陶瓷基板按材質(zhì)分類

根據(jù)陶瓷材質(zhì)的不同,目前成熟應(yīng)用的AMB陶瓷基板可分為:氧化鋁、氮化鋁和氮化硅基板。

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三種材料的部分性能對照表

3.1 AMB氧化鋁基板

基于氧化鋁板材來源廣泛、成本最低,是當(dāng)前性價比最高的AMB陶瓷基板,其工藝也最為成熟。但由于氧化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率低、散熱能力有限,AMB氧化鋁基板多用于功率密度不高且對可靠性沒有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域。

3.2 AMB氮化鋁基板

AMB基板具有較高的散熱能力,從而更適用于一些高功率、大電流的工作環(huán)境。但是由于機(jī)械強(qiáng)度相對較低,氮化鋁AMB覆銅基板的高低溫循環(huán)沖擊壽命有限,從而限制了其應(yīng)用范圍。氮化鋁AMB基板具有較高的散熱能力,從而更適用于一些高功率、大電流的工作環(huán)境。但是由于機(jī)械強(qiáng)度相對較低,氮化鋁AMB覆銅基板的高低溫循環(huán)沖擊壽命有限,從而限制了其應(yīng)用范圍。

3.2 AMB氮化硅基板

氮化硅陶瓷的熱膨脹系數(shù)(2.4ppm/K)較小,與半導(dǎo)體芯片材料(Si/SiC)接近;AMB氮化硅基板具有較高的熱導(dǎo)率(>90W/mK)。AMB-Si3N4基板結(jié)合的機(jī)械性能具有優(yōu)異的耐高溫性能、散熱特性和超高的功率密度。

對于對高可靠性、散熱以及局部放電有要求的汽車、風(fēng)力渦輪機(jī)、牽引系統(tǒng)和高壓直流傳動裝置等來說,AMB氮化硅基板可謂其首選的基板材料。此外,載流能力較高,而且傳熱性也非常好。

四、AMB陶瓷基板的應(yīng)用

與DBC陶瓷基板相比,AMB陶瓷基板具有更高的結(jié)合強(qiáng)度和冷熱循環(huán)特性。根據(jù)芯舟電子(博敏電子)的AMB陶瓷基板的可靠性測試,熱循環(huán)測試(熱循環(huán)溫度變化范圍為215℃(-65-150℃),高低溫保持時間各為15分鐘,中間冷熱轉(zhuǎn)換時間不超過2分鐘),熱循環(huán)次數(shù):Si3N4≥5000次;AlN≥1500次;Al2O3≥500次;ZTA(氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁)≥1000次。

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AMB基板是靠陶瓷與活性金屬焊膏在高溫下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)結(jié)合,因此其結(jié)合強(qiáng)度更高,可靠性更好,可用于大功率電力半導(dǎo)體模塊封裝,應(yīng)用于軌道交通、新能源汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。

我國已經(jīng)成為全球最大的功率半導(dǎo)體需求市場,特別是隨著新能源汽車快速增長,驅(qū)動IGBT和碳化硅功率器件快速發(fā)展,國內(nèi)AMB基板飛速發(fā)展,國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)有:富樂華、博敏電子、先藝電子、北京漠石、江西昊光、紅星電子、豐鵬電子、浙江精瓷、中山基礎(chǔ)等。

為加強(qiáng)陶瓷基板及其封裝行業(yè)上下游交流聯(lián)動,艾邦建有陶瓷基板產(chǎn)業(yè)群,歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加入。

審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:AMB活性金屬焊接陶瓷基板的性能及應(yīng)用

文章出處:【微信號:gh_e972c3f5bf0d,微信公眾號:艾邦加工展】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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