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為了應對環境污染,實現綠色可持續發展目標,作為清潔能源的電力成為世界各國關注的焦點,能源利用電氣化成為發展的方向。在電力應用領域中,實現能源控制與轉換的大功率電子器件當之無愧是的核心部件之一。隨著功率模塊器件不斷朝著高功率密度、高工作溫度方向快速發展,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熱門選擇。 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內一般簡稱為AMB(Active Metal Brazed)基板,指的是通過活性金屬釬焊實現銅和氮化硅陶瓷連接,通過蝕刻減銅實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和使用條件,行業對其高質量、穩定性提出了越來越高的要求。 AMB基板主要是三明治結構:上、下層銅通過釬焊附著于陶瓷,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。不同于一般工業領域熟知的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零部件,AMB基板生產流程和加工方式更復雜、涉及細節更多,其重點和難點主要在陶瓷材料、釬焊工藝、蝕刻和表面處理三個方面。 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,氮化硅陶瓷有著優異的導熱率和絕緣性能,其高強度、高韌性、耐高溫、可靠性高等優異的綜合熱力學性能成為先進功率電子模塊首選。但是氮化硅陶瓷的生產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品有著重要的影響。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品作為原材料,訂立嚴格的產品標準。同時賀利氏也在工廠內部建立質量管控如SAT掃描和高壓ISO測試等措施,為有需要的客戶進一步降低可能存在的風險。 釬焊連接技術釬焊是一種古老的連接技術,陶瓷和金屬連接的關鍵在釬焊。由于陶瓷和金屬的物理化學性質差異大陶瓷和金屬釬料難以潤濕,釬焊過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,通過金屬性反應物實現焊料合金與陶瓷結合的同時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,通過金屬鍵緊密連接起來,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%,對用戶而言是一個不小的成本負擔,而賀利氏基于其創新的獨有技術,突破性地實現了無銀釬焊料釬焊工藝,從而強化了AMB基板的成本優勢并且避免了銀遷移風險。 賀利氏推出的Condura®.ultra無銀活性金屬釬焊(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手段選擇性移除銅的過程。在工業領域如PCB和半導體行業中蝕刻是一項比較成熟和常見的工藝,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中保證一致性是業內關注的重要指標。 蝕刻后斷面結構示意圖 通過不同的表面處理,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歷史和強大的燒結、焊接材料和線材產品線,不斷深耕的經驗累積讓賀利氏有信心為客戶提供最佳的產品。 賀利氏電子是電子行業內提供創新解決方案的元器件封裝材料制造商,為汽車、功率電子和先進半導體封裝市場開發材料解決方案。公司在亞洲、美國和歐洲擁有8個研發中心和生產設施。作為解決方案供應商,賀利氏電子為客戶提供從材料和料系統到元器件和技術服務的廣泛產品組合。 |
