在現(xiàn)代電子封裝領域,陶瓷基板因其優(yōu)異的導熱性、絕緣性和機械強度,成為高功率器件的關鍵材料。其中,直接覆銅(DBC)和活性金屬釬焊(AMB)是兩種主流工藝,但許多人對它們的區(qū)別存在困惑。下面由金瑞欣小編跟大家一起深入解析這兩種技術的核心差異,幫助您在實際應用中做出更精準的選擇。
首先,DBC 和 AMB 均是制造平面陶瓷基板的關鍵工藝,它們的核心都在于將相對較厚的銅片(通常厚度在 0.2 毫米以上)與陶瓷平板實現(xiàn)牢固的連接。具體來說,DBC 工藝的基本原理是在銅和陶瓷的表面引入一定量的氧元素,隨后置于高溫環(huán)境中。在高溫的催化作用下,銅與氧發(fā)生化學反應,生成共晶相 Cu?O。這一反應產(chǎn)物顯著提高了銅在陶瓷表面的潤濕性,從而使得銅與陶瓷能夠通過冶金結合的方式緊密相連。
而 AMB 工藝則是采用絲網(wǎng)印刷技術,將含有少量活性元素的釬料精準地涂敷在陶瓷基板的表面。接著,在其上覆蓋一層銅片,并將整個結構放入真空釬焊爐中進行燒結。在高溫的驅動下,釬焊料與陶瓷發(fā)生化學反應,促使陶瓷與金屬之間直接完成釬焊封接的過程。
從陶瓷材料的適用性來看,DBC 技術僅適用于氧化物陶瓷,例如常見的氧化鋁(Al?O?)以及氧化鋯摻雜氧化鋁(也被稱為 HPS)。對于非氧化物陶瓷而言,必須先經(jīng)過氧化處理,才能借助 DBC 技術與銅進行鍵合。相比之下,氮化鋁(AlN)既可以制成 DBC 基板,也可以制成 AMB 基板。不過,氮化硅(Si?N?)則只能作為 AMB 基板使用。
從技術發(fā)展的角度來看,AMB 工藝是在 DBC 工藝的基礎上進一步發(fā)展而來的陶瓷與金屬封接方法。二者都具備對位精準、無燒結收縮差異問題的顯著優(yōu)點。此外,AMB 還能夠制作出線寬在 10 - 50 微米的精細線路,其導熱性能良好,可靠性高,特別適合用于大功率芯片的封裝。
然而,DBC 工藝也并非沒有優(yōu)勢。它兼具了陶瓷的高導熱、高電絕緣、高機械強度、低膨脹等特性,同時還擁有無氧銅的高導電性和出色的焊接性能。而且,DBC 基板能夠像普通的 PCB 線路板一樣,通過蝕刻工藝制作出各種復雜的圖形,這為其在眾多領域的應用提供了便利。
不過,DBC 工藝也存在一些劣勢。例如,其覆銅解析度相對較大,通常需要進行額外的加工處理,以滿足不同應用場景對精度的要求。而 AMB 工藝雖然在某些方面表現(xiàn)出色,但也并非完美無缺。其銅層的初始厚度僅有 3 - 5 微米,通常需要通過電鍍的方式進行增厚,這無疑增加了工藝的復雜性和成本。此外,AMB 適用的焊料種類相對較少,而且焊料的成分以及具體的工藝參數(shù)對焊接質量有著極為重要的影響。
盡管如此,AMB 工藝在加工過程中的優(yōu)勢仍然十分明顯。它可以在一次升溫過程中完成整個操作,不僅操作簡便,而且生產(chǎn)周期短,封接性能良好。更重要的是,AMB 對陶瓷的適用范圍更為廣泛,這也使得該工藝在國內外得到了迅速的發(fā)展,并逐漸成為電子器件制造領域中一種常用且重要的方法。
在性能方面,DBC 陶瓷基板憑借其獨特的材料組合,展現(xiàn)出卓越的綜合性能。它不僅繼承了陶瓷的諸多優(yōu)良特性,如高導熱、高電絕緣、高機械強度和低膨脹系數(shù)等,還融合了無氧銅的高導電性和出色的焊接性能。這些特性使得 DBC 基板能夠滿足多種復雜應用場景對材料性能的苛刻要求。
而 AMB 陶瓷基板則以其出色的導熱和抗彎性能脫穎而出,成為 SiC 芯片封裝的首選材料。它具備可靠性高、載流量大、散熱性能好以及機械性能優(yōu)異等諸多特點,因此在第三代半導體功率器件的封裝領域,如 IGBT、MOSFET 等,發(fā)揮著至關重要的作用。
在應用領域方面,DBC 陶瓷基板的應用范圍極為廣泛。它涵蓋了大功率白光 LED 模組、紫外 / 深紫外 LED 器件封裝、激光二極管(LD)、汽車傳感器、制冷型紅外熱成像、5G 光通信、高端制冷器、聚焦型光伏(CPV)、微波射頻器件以及電子電力器件(IGBT)等諸多高科技領域。這些領域的應用對材料的性能和可靠性都有著極高的要求,而 DBC 陶瓷基板憑借其卓越的性能,能夠很好地滿足這些需求。
AMB 陶瓷基板則更傾向于大功率大電流的應用場景。它逐漸成為中高端 IGBT 模塊散熱電路板的主要應用類型,并且在汽車領域,以及航天、軌道交通、工業(yè)電網(wǎng)等對功率和散熱要求極高的領域也得到了廣泛的應用。隨著 800V 高壓車型在未來幾年內滲透率的快速提高,新能源汽車有望成為 AMB 陶瓷線路板的最大應用場景。同時,軌道交通、工業(yè)、軍工和光伏等領域對 AMB 陶瓷基板的需求也在持續(xù)增長,這為其市場前景提供了廣闊的空間。
在高壓應用方面,DBC 基板表現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。它特別適用于工作電壓高達 1.7kV 的場景。在這種情況下,為了達到相關的隔離要求,往往需要采用較厚的陶瓷層。然而,由于 DBC 基板具有高導熱率,能夠有效彌補因陶瓷層厚度增加而可能帶來的散熱問題,因此常常會選用導熱性能優(yōu)異的氮化鋁(AlN)作為陶瓷材料。此外,在高壓應用條件下,抗局部放電性能尤為關鍵。從這個角度來看,除非能夠徹底消除銅和陶瓷之間的界面空隙,否則 AMB 技術在某些方面可能會優(yōu)于 DBC 技術。
通過以上對 DBC 和 AMB 的全面而深入的分析,相信大家對它們之間的差異已經(jīng)有了更為清晰的認識。無論是在技術選型還是應用開發(fā)的過程中,都能夠根據(jù)具體的項目需求和應用場景,做出更為明智、合理的選擇。
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