Ceramic Substrate Series-Desempenho e Aplicação de AMB Active Metal
A ascensão e desenvolvimento de semicondutores de terceira geração, como Nitreto de Gálio (GaN) eCarboneto de Silício (SiC), conduziram dispositivos de energia, especialmente dispositivos semicondutores, para maior potência, miniaturização, integração e multifuncionalidade. Esse progresso contribuiu muito para a melhoria do desempenho do substrato de embalagem. Os substratos cerâmicos, amplamente utilizados em embalagens de dispositivos eletrônicos, ganharam popularidade devido à sua alta condutividade térmica, resistência a altas temperaturas, baixo coeficiente de expansão térmica, alta resistência mecânica, resistência à corrosão, bom isolamento e resistência à radiação.
Existem vários processos de fabricação de substrato cerâmico, incluindo o método Direct Bond Copper (DBC), método Direct Plated Copper (DPC), método Laser Activated Metalization (LAM), Low-Temperature Co-Fired Ceramic (LTCC), High-Temperature Co-Fired Ceramic (HTCC) e o método AMB atualmente emergente, que é a tecnologia Active Metal Brazing (AMB).
EU.O que é a tecnologia Active Metal Brazing (AMB)?
COM Fluxo de Processo
Active Metal Brazing (AMB) é um avanço do processo DBC. Envolve a adição de uma pequena quantidade de elementos ativos (por exemplo, Ti, Zr, V, Cr) à pasta eletrônica de brasagem, que é então impressa no substrato cerâmico usando a tecnologia de serigrafia. A pasta é revestida com cobre isento de oxigênio e sinterizada em um forno de brasagem a vácuo. Depois disso, o circuito é criado por corrosão e o padrão da superfície é revestido quimicamente. A estrutura de uma placa cerâmica revestida de cobre preparada com a tecnologia AMB é mostrada no diagrama abaixo.
Diagrama da estrutura da placa de cobre revestida de cerâmica com processo AMB
II.Comparação entre AMB e DBC
A tecnologia 1.DBC conecta cobre e cerâmica sem a necessidade de materiais adicionais, enquanto a AMB utiliza metais ativos para soldar cobre em cerâmica.
2.Comparado ao DBC, o AMB oferece melhor condutividade térmica, resistência ao calor, maior resistência e maior confiabilidade.
3. DBC não pode ser usado para ligar cobre a nitreto de silício (Si3N4), pois nenhum composto Cu-Si-O é formado. Portanto, o processo AMB é necessário para ligar o nitreto de silício ao cobre.
III.Classificação de substratos cerâmicos AMB por material
De acordo com os diferentes materiais cerâmicos, os substratos cerâmicos AMB atualmente maduros podem ser classificados em três tipos: Alumina (Al2O3), Nitreto de Alumínio (AlN) e Nitreto de Silício (Si3N4).
3.1 COM Substratos de Alumina
Os substratos AMB Alumina têm uma ampla gama de fontes e o menor custo, tornando-os os substratos cerâmicos AMB mais econômicos. No entanto, devido à sua baixa condutividade térmica e capacidade limitada de dissipação de calor, os substratos AMB Alumina são usados principalmente em aplicações de baixa densidade de potência que não exigem confiabilidade estrita.
3.2 COM Substratos de Nitreto de Alumínio
Os substratos de nitreto de alumínio AMB têm maior capacidade de dissipação de calor, tornando-os mais adequados para ambientes operacionais de alta potência e alta corrente. No entanto, sua resistência mecânica é relativamente baixa, o que limita sua faixa de aplicação, pois a vida cíclica de alta e baixa temperatura dos substratos revestidos de cobre de nitreto de alumínio AMB é limitada.
3.3 COM Substratos de Nitreto de Silício
A cerâmica de nitreto de silício tem um pequeno coeficiente de expansão térmica (2,4 ppm/K), semelhante aos materiais de chip semicondutor (Si/SiC). Os substratos de nitreto de silício AMB têm alta condutividade térmica (>90W/mK) e excelentes propriedades mecânicas, proporcionando excelente resistência a altas temperaturas, dissipação de calor e densidade de potência ultra-alta.
Os substratos de nitreto de silício AMB são a escolha preferida para aplicações que exigem alta confiabilidade, dissipação de calor e resistência à descarga parcial, como automotivo, sistemas de turbinas eólicas, sistemas de tração e dispositivos de transmissão de corrente contínua de alta tensão. Além disso, eles têm alta capacidade de transporte de corrente e excelentes propriedades de transferência de calor.
4. Aplicação de Substratos Cerâmicos AMB
Em comparação com os substratos de cerâmica DBC, os substratos de cerâmica AMB oferecem maior resistência de união e melhores características de ciclagem térmica. De acordo com os testes de confiabilidade, o teste de ciclagem térmica (faixa de temperatura: -65°C a 150°C, tempo de retenção de alta e baixa temperatura: 15 minutos cada, com não mais de 2 minutos para troca intermediária de frio e quente) mostra que os tempos de ciclagem térmica são: Si3N4 ≥ 5000 vezes; AlN ≥ 1500 vezes; Al2O3 ≥ 500 vezes; ZTA (Zirconia Endurece Alumina) ≥ 1000 vezes.
COM substratosalcançar a ligação através de uma reação química entre a cerâmica e a pasta de brasagem de metal ativo em altas temperaturas. Como resultado, sua força de ligação e confiabilidade são superiores, tornando-os adequados para embalagens de módulos semicondutores de alta potência usados em áreas como transporte ferroviário, veículos de nova energia e redes inteligentes.
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