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為了應對環(huán)境污染,實(shí)現綠色可持續發(fā)展目標,作為清潔能源的電力成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn),能源利用電氣化成為發(fā)展的方向。在電力應用領(lǐng)域中,實(shí)現能源控制與轉換的大功率電子器件當之無(wú)愧是的核心部件之一。隨著(zhù)功率模塊器件不斷朝著(zhù)高功率密度、高工作溫度方向快速發(fā)展,具備更高可靠性的活性金屬釬焊氮化硅覆銅陶瓷基板已成為行業(yè)熱門(mén)選擇。 基于賀利氏活性金屬釬焊(AMB)覆銅氮化硅陶瓷基板的測試樣品 活性金屬釬焊氮化硅覆銅陶瓷基板行業(yè)內一般簡(jiǎn)稱(chēng)為AMB(Active Metal Brazed)基板,指的是通過(guò)活性金屬釬焊實(shí)現銅和氮化硅陶瓷連接,通過(guò)蝕刻減銅實(shí)現定制化銅箔圖案的電路基板,不僅為功率電子元器件提供支撐并實(shí)現電氣連接,更為模塊熱管理做出重要貢獻。AMB基板作為功率模塊的重要基礎部件,成本占比不高,但是面臨復雜嚴苛的生產(chǎn)和使用條件,行業(yè)對其高質(zhì)量、穩定性提出了越來(lái)越高的要求。 AMB基板主要是三明治結構:上、下層銅通過(guò)釬焊附著(zhù)于陶瓷,上層銅負責連接承載電子元器件,下層銅負責連接散熱器件。不同于一般工業(yè)領(lǐng)域熟知的PCB(印刷電路板,盡管他們功能原理上非常相似)、數控機加工件、鈑金折彎件、磨具注塑等加工體系成熟的工業(yè)零部件,AMB基板生產(chǎn)流程和加工方式更復雜、涉及細節更多,其重點(diǎn)和難點(diǎn)主要在陶瓷材料、釬焊工藝、蝕刻和表面處理三個(gè)方面。 活性金屬釬焊(AMB)覆銅氮化硅陶瓷基板斷面結構示意圖 氮化硅陶瓷作為AMB基板的絕緣層材料,氮化硅陶瓷有著(zhù)優(yōu)異的導熱率和絕緣性能,其高強度、高韌性、耐高溫、可靠性高等優(yōu)異的綜合熱力學(xué)性能成為先進(jìn)功率電子模塊首選。但是氮化硅陶瓷的生產(chǎn)需要嚴格的工藝條件控制,氮化硅基板晶粒和晶界的數量關(guān)系、孔隙率(致密度)、微缺陷控制、原材料要求和工藝潔凈度都對最終產(chǎn)品有著(zhù)重要的影響。賀利氏與陶瓷材料供應商通力合作,采用得到廣泛驗證的產(chǎn)品作為原材料,訂立嚴格的產(chǎn)品標準。同時(shí)賀利氏也在工廠(chǎng)內部建立質(zhì)量管控如SAT掃描和高壓ISO測試等措施,為有需要的客戶(hù)進(jìn)一步降低可能存在的風(fēng)險。 釬焊連接技術(shù)釬焊是一種古老的連接技術(shù),陶瓷和金屬連接的關(guān)鍵在釬焊。由于陶瓷和金屬的物理化學(xué)性質(zhì)差異大陶瓷和金屬釬料難以潤濕,釬焊過(guò)程中利用釬料中的活性金屬元素(Ti、Zr、Ta、Nb、V、Hf 等)和陶瓷母材界面反應,通過(guò)金屬性反應物實(shí)現焊料合金與陶瓷結合的同時(shí)提高陶瓷表面潤濕特性。焊料合金和銅層母材金屬形成合金,通過(guò)金屬鍵緊密連接起來(lái),從而最終達到銅和陶瓷結合的效果。 傳統的Ag-Cu-Ti釬焊料中往往含銀量可達60%,對用戶(hù)而言是一個(gè)不小的成本負擔,而賀利氏基于其創(chuàng )新的獨有技術(shù),突破性地實(shí)現了無(wú)銀釬焊料釬焊工藝,從而強化了AMB基板的成本優(yōu)勢并且避免了銀遷移風(fēng)險。 賀利氏推出的Condura®.ultra無(wú)銀活性金屬釬焊(AMB)覆銅氮化硅陶瓷基板 蝕刻和表面處理蝕刻是借助物理化學(xué)手段選擇性移除銅的過(guò)程。在工業(yè)領(lǐng)域如PCB和半導體行業(yè)中蝕刻是一項比較成熟和常見(jiàn)的工藝,適合制作非常精密的結構和圖案,但AMB基板中的蝕刻則顯然有一些不同之處:AMB基板常用的銅厚一般為0.3mm~0.8mm, 這一尺寸范圍遠遠大于前述蝕刻的目標材料層厚度。由于化學(xué)濕法蝕刻的特性,尺寸精度和蝕刻因子以及能否在大批量生產(chǎn)中保證一致性是業(yè)內關(guān)注的重要指標。 蝕刻后斷面結構示意圖 通過(guò)不同的表面處理,確保銅表面能夠適應器件連接和封裝等工藝要求。賀利氏具有數十年的覆銅陶瓷板生產(chǎn)歷史和強大的燒結、焊接材料和線(xiàn)材產(chǎn)品線(xiàn),不斷深耕的經(jīng)驗累積讓賀利氏有信心為客戶(hù)提供最佳的產(chǎn)品。 賀利氏電子是電子行業(yè)內提供創(chuàng )新解決方案的元器件封裝材料制造商,為汽車(chē)、功率電子和先進(jìn)半導體封裝市場(chǎng)開(kāi)發(fā)材料解決方案。公司在亞洲、美國和歐洲擁有8個(gè)研發(fā)中心和生產(chǎn)設施。作為解決方案供應商,賀利氏電子為客戶(hù)提供從材料和料系統到元器件和技術(shù)服務(wù)的廣泛產(chǎn)品組合。 |
