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陶瓷电路板:为大功率电子产品提供卓越的散热管理

陶瓷电路板具有出色的散热性能和高载流能力,因此广泛应用于高功率应用领域。

陶瓷基板,即陶瓷电路板,由陶瓷基底和金属化电路层组成。

氧化铝陶瓷基板——汽车电子的核心之选

与标准玻璃纤维PCB相比,陶瓷电路板具有更优异的导热性、载流能力、电绝缘性和匹配的热膨胀系数(CTE)。因此,它们被广泛应用于大功率电力电子模块中。

在将铜箔与陶瓷电路板粘合时,通常采用高温或低温共烧、镀铜和直接键合等工艺。这些方法能够有效地使铜箔牢固地粘附在陶瓷基板上,从而确保即使在高温或高湿环境下也能保持高可靠性和稳定的性能。

氮化硅的AMB

在IGBT模块中,陶瓷电路板提供机械支撑、电气互连、电气绝缘和散热功能。

随着电动汽车、高速铁路和智能电网的快速发展,对高压、大功率IGBT模块的需求日益增长。散热不良是IGBT失效的主要原因之一——约70%的失效是由于过热导致键合线脱落或熔化造成的。

陶瓷电路板的关键陶瓷材料:

Si₃N₄(氮化硅)可靠性高;导热系数高;高弯曲强度;热膨胀系数接近碳化硅;非常适合下一代功率器件。

材料 特性
Al₂O₃(氧化铝) 最常用;机械、热学和电学性能良好;性价比高
AlN(氮化铝) 导热系数高(是 Al₂O₃ 的 7-10 倍);绝缘性能优异;热膨胀系数与硅非常接近

AMB覆铜板

主要制造工艺:

DBC(直接键合铜) – 常用于氧化铝和氮化铝基板

活性金属钎焊 (AMB) – 正日益成为氮化硅 (Si₃N₄) 的主流技术;能够以高可靠性和卓越的散热性能连接厚度达 0.8 毫米的铜箔。

AMB 技术日益普及的原因:

AMB 技术是 DBC 技术的升级版。它使用活性金属焊料(含钛、锆等)在较低温度(<800°C)下将铜箔连接到陶瓷基板上,从而降低内部热应力。

常见问题

用于电路板的Al2O3和AlN陶瓷材料的主要区别是什么?为什么AlN更适用于高功率应用?

氧化铝(Al₂O₃)是最常用且性价比最高的材料,具有良好的机械性能。氮化铝(AlN)的热导率显著高于氧化铝(是氧化铝的7-10倍),且其热膨胀系数与硅非常接近,因此是高功率IGBT模块的理想选择,因为在这些模块中,散热对于防止键合线失效至关重要。

为什么活性金属钎焊(AMB)工艺在Si3N4衬底上比直接钎焊(DBC)工艺更受欢迎?它有哪些优势?

AMB采用活性金属焊料(含Ti、Zr等)在较低温度(<800°C)下焊接铜,从而降低内部热应力。这使得焊接更厚的铜层(最大可达0.8mm)成为可能,并具有更高的可靠性和散热性能,使其在下一代Si3N4功率器件中日益普及。

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