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AMB陶瓷线路板


1. 什么是AMB陶瓷电路板

活性金属钎焊(Active Metal Brazing简称AMB) 技术是DBC技术的进一步发展,其工作原理是利用焊料中的活性金属元素(如Ti/Ag/Zr/Cu)实现陶瓷与金属结合的方法。从性能上讲,AMB陶瓷基板中的结合是通过陶瓷和活性金属钎料在温度下的化学反应实现的,与传统的AI2O3陶瓷基板相比,AMB中使用的Si3N4陶瓷具有更高的热导率(>90W/mK 25℃),更接近硅的热膨胀系数(2.6x10 -6 /K),因此,AMB基板具有较高的粘合强度和可靠性。结合银烧结工艺和大功率碳化硅芯片,带有活性金属涂层的AMB铜层可以实现高功率、更好的散热和高可靠性的封装模块(可承受3000次热冲击),现已广泛应用于电动汽车、电力机车和高速列车。DBC和AMB产品的区别主要表现在制程工艺方面:第一,DBC产品的铜和陶瓷是直接粘合的,而AMB产品的铜和陶瓷是用活性金属钎料钎焊的,需要额外的丝印工艺。钎焊进行前,需要将活性金属钎料均匀地置于陶瓷基板上;其次,DBC产品的铜是通过一次蚀刻形成的,而对于带有额外金属钎焊层的AMB产品,则需要进行额外的蚀刻工艺去除钎料,通常采用氢氟酸。

2. AMB产品性能介绍

根据陶瓷材质的不同,目前成熟应用的AMB陶瓷基板可分为:氧化铝、氮化铝和氮化硅基板。

下表是三种陶瓷材料的物理性能:

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2.1 AMB氧化铝基板

相对地,由于氧化铝板材来源广泛、成本最低,是性价比最高的AMB陶瓷基板,所以目前AMB氧化铝基板的制作工艺在三种材料中最为成熟。但由于氧化铝陶瓷的热导率相对其他两种较低、散热能力有限,所以AMB氧化铝基板多用于功率密度不高且对可靠性没有严格要求的领域。

2.2 AMB氮化铝基板

氮化铝AMB基板具有较高的散热能力,从而更适用于一些高功率、大电流的电子设备中。但是由于机械强度相对较低,氮化铝AMB覆铜基板的高低温循环冲击寿命有限,从而限制了其应用范围。

2.3 AMB氮化硅基板

氮化硅陶瓷,具有 α-Si3N4和β-Si3N4两种晶型,其中α 相为非稳定相,在高温下易转化为稳定的 β 相。高导热氮化硅陶瓷内 β 相的含量一般大于40%。凭借氮化硅陶瓷的优异特性,AMB氮化硅基板有着优异的耐高温性能、抗腐蚀性和抗氧化性。最重要的是,由于氮化硅本身具有较高的热导率(>90W/mK),厚铜层(最高可达800µm)还具有较高热容量以及传热性。因此,对于对高可靠性、散热以及局部放电有要求的汽车、风力涡轮机、牵引系统和高压直流传动装置等来说,AMB氮化硅基板是最适合的基材。


3. AMB产品的主要工艺技术流程

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4. AMB产品的应用领域

大功率半导体模块

高频开关

风力发电,太阳能

汽车电子,电力机车

航空航天

IGBT模块

5G通讯电子

医疗器械

大功率LED灯

工业控制、国防安防系统