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常见陶瓷基板PCB板介绍-J9九游会AGPCB

发布(bu)时间:2020-12-11  阅读(du)量:2114

陶(tao)瓷基(ji)板(ban)(ban)(ban)是指铜箔在(zai)高温下直接(jie)键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶(tao)瓷基(ji)片表(biao)面( 单面或双(shuang)面)上的(de)特殊工(gong)艺板(ban)(ban)(ban)。所制成的(de)超薄复合基(ji)板(ban)(ban)(ban)具(ju)有优(you)良电(dian)绝缘性能,高导热特性,优(you)异的(de)软钎焊性和高的(de)附着(zhe)强度(du),并(bing)可(ke)像PCB板(ban)(ban)(ban)一样(yang)能刻蚀(shi)出(chu)各种图形,具(ju)有很大的(de)载流能力。因(yin)此,陶(tao)瓷基(ji)板(ban)(ban)(ban)已成为大功率电(dian)力电(dian)子(zi)电(dian)路结构技术和互连技术的(de)基(ji)础材料。


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陶瓷(ci)(ci)基(ji)板J9九游会AG产品 的问世,开启了散(san)热(re)应(ying)用行(xing)业(ye)的新发(fa)展,由于陶瓷(ci)(ci)基(ji)板散(san)热(re)特色,加上陶瓷(ci)(ci)基(ji)板具(ju)有高散(san)热(re)、低热(re)阻(zu)、寿命长、耐电(dian)压等优(you)点(dian),随(sui)着生产技(ji)术、设备的改(gai)良,J9九游会AG产品 价格加速合理化,进(jin)而扩大了LED产业(ye)的应(ying)用领(ling)域(yu),如家电(dian)J9九游会AG产品 的指(zhi)示灯、汽车(che)(che)车(che)(che)灯、路灯及户(hu)外大型(xing)看板等。陶瓷(ci)(ci)基(ji)板的开发(fa)成功(gong),为(wei)室内照明和(he)户(hu)外亮化J9九游会AG产品 提供了更(geng)佳(jia)的服务,使LED产业(ye)未来的市场领(ling)域(yu)更(geng)为(wei)宽(kuan)广(guang)。


特点

◆机械应(ying)力强,形状(zhuang)稳定;高(gao)强度、高(gao)导热率、高(gao)绝缘性(xing);结(jie)合(he)力强,防腐(fu)蚀。
◆ 较好的热(re)循(xun)(xun)环(huan)性能,循(xun)(xun)环(huan)次数达(da)5万次,可靠性高。
◆与PCB板(ban)(或IMS基片)一样可刻蚀出各种(zhong)图形(xing)的结构;无污染(ran)、无公害。
◆使用温度宽-55℃~850℃;热(re)膨(peng)胀系数接近硅,简化功率模块的生(sheng)产工(gong)艺。


种类

一、按材料来分
1、 氧化铝(Al2O3)
氧(yang)化(hua)铝(lv)基(ji)板是电子(zi)工业中最常用的基(ji)板材料,因为在机械、热(re)、电性能(neng)上相对于大(da)多数其(qi)他(ta)氧(yang)化(hua)物陶瓷,强度(du)及(ji)化(hua)学稳定(ding)性高,且原料来源丰(feng)富,适用于各(ge)种(zhong)各(ge)样(yang)的技术(shu)制造以及(ji)不同的形状。斯利通氧(yang)化(hua)铝(lv)基(ji)板已经可以进行(xing)三维定(ding)制。


2、氧化铍(BeO)
具有比金属铝(lv)还高(gao)的热导率,应用于需(xu)要高(gao)热导的场合,但(dan)温度超过300℃后迅速降低,最重要的是由于其毒性限制了(le)自身的发展。氧化铍(pi)陶瓷是以氧化铍(pi)为主(zhu)要成(cheng)分的陶瓷。主(zhu)要用作大规模集(ji)成(cheng)电路基板,大功率(lv)气(qi)体激光管(guan),晶体管(guan)的散热片(pian)外壳(qiao),微波(bo)输出窗和中子减速剂等材料。


纯氧(yang)化(hua)铍(BeO)属立方晶系,其密度3.03g/cm3。熔点(dian)2570℃,具有很(hen)(hen)高的(de)(de)导(dao)热性(xing),几(ji)乎与紫铜纯铝相等(deng)(deng),导(dao)热系数(shu)λ为200-250W/(m.K),还(hai)有很(hen)(hen)好的(de)(de)抗热震性(xing)。其介电常(chang)数(shu)6~7(0.1MHz)。介质损耗角正切值约为4×10-4(0.1GHz)。最大(da)(da)缺(que)点(dian)是(shi)粉末有剧(ju)毒(du)性(xing),且使接(jie)触伤口(kou)难(nan)于愈合。以氧(yang)化(hua)铍粉末为原料(liao)加入氧(yang)化(hua)铝等(deng)(deng)配(pei)料(liao)经(jing)高温烧结而(er)成(cheng)。制造这种陶(tao)瓷(ci)需(xu)要良好的(de)(de)防(fang)护措(cuo)施。氧(yang)化(hua)铍在含有水气的(de)(de)高温介质中,挥(hui)(hui)发性(xing)会(hui)提高,1000℃开始(shi)挥(hui)(hui)发,并(bing)随温度升高挥(hui)(hui)发量(liang)增大(da)(da),这就(jiu)给生产带来(lai)困难(nan),有些国家已不生产。但(dan)制品性(xing)能优异,虽价格较高,仍有相当大(da)(da)的(de)(de)需(xu)求量(liang)。


3 、氮化铝(AlN)
AlN有两(liang)个(ge)非常(chang)重要的(de)性(xing)能值得注意:一个(ge)是高的(de)热导率,一个(ge)是与Si相(xiang)匹配的(de)膨胀(zhang)系数。缺点是即使(shi)在表面有非常(chang)薄(bo)的(de)氧(yang)化层也(ye)会对(dui)(dui)热导率产生影响,只有对(dui)(dui)材料和工艺进(jin)行严格控制才能制造出一致性(xing)较好的(de)AlN基板(ban)。AlN生产技(ji)术(shu)国内像斯利通这(zhei)样能大(da)规模(mo)生产的(de)少之又少,相(xiang)对(dui)(dui)于Al2O3,AlN价格相(xiang)对(dui)(dui)偏高许多,这(zhei)个(ge)也(ye)是制约其发展(zhan)的(de)小瓶(ping)颈。不过(guo)随着经(jing)济(ji)的(de)提升,技(ji)术(shu)的(de)升级,这(zhei)种瓶(ping)颈终会消(xiao)失。
综合以上原因,可以知道,氧化铝陶瓷由于比较优越的综合性能,在微电子、功率电子、混合微电子、功率模块等领域还是处于主导地位而被大量运用。AlN最高(gao)(gao)可稳定到2200℃。室(shi)温强(qiang)度高(gao)(gao),且(qie)强(qiang)度随温度的升高(gao)(gao)下降较(jiao)慢。导(dao)热(re)性好,热(re)膨(peng)胀系(xi)数小,是良好的耐热(re)冲击(ji)材(cai)料。抗熔(rong)融金属(shu)侵蚀(shi)的能力强(qiang),是熔(rong)铸纯铁、铝(lv)(lv)或(huo)铝(lv)(lv)合金理想的坩埚材(cai)料。氮(dan)化(hua)铝(lv)(lv)还是电绝缘体,介(jie)电性能良好,用作电器元件也很有希望。砷化(hua)镓表面的氮(dan)化(hua)铝(lv)(lv)涂层,能保护它在(zai)退火时免受离(li)子的注入。氮(dan)化(hua)铝(lv)(lv)还是由六(liu)方氮(dan)化(hua)硼转(zhuan)变为立方氮(dan)化(hua)硼的催(cui)化(hua)剂。室(shi)温下与(yu)水缓(huan)慢反(fan)(fan)应(ying).可由铝(lv)(lv)粉在(zai)氨或(huo)氮(dan)气(qi)(qi)氛(fen)中800~1000℃合成(cheng),产(chan)物为白(bai)色到灰(hui)蓝色粉末(mo)。或(huo)由Al2O3-C-N2体系(xi)在(zai)1600~1750℃反(fan)(fan)应(ying)合成(cheng),产(chan)物为灰(hui)白(bai)色粉末(mo)。或(huo)氯化(hua)铝(lv)(lv)与(yu)氨经气(qi)(qi)相反(fan)(fan)应(ying)制得.涂层可由AlCl3-NH3体系(xi)通过气(qi)(qi)相沉积法合成(cheng)  。


4.氮化硅 (Si3N4)罗杰斯公司(si)于2012年推(tui)出了新(xin)款 curamik®系列氮化(hua)硅 (Si3N4) 陶(tao)瓷基板。由于氮化(hua)硅的(de)(de)机械强度比其(qi)它陶(tao)瓷高,所(suo)以(yi)新(xin)款curamik® 基板能够帮助设(she)计者在严苛的(de)(de)工作(zuo)环(huan)境以(yi)及 HEV/EV 和其(qi)它可(ke)再生能源应用条件下实现至关重要的(de)(de)长(zhang)寿(shou)命。
采(cai)用氮化硅制成的(de)新款陶瓷基板的(de)挠曲强(qiang)度比采(cai)用 Al2O3和(he) AlN 制成的(de)基板高。
Si3N4的(de)断裂韧性甚至(zhi)超过(guo)了(le)氧化(hua)锆(gao)掺(chan)杂陶瓷。


时至今(jin)日,功(gong)率模(mo)块(kuai)内使用的(de)覆铜陶瓷基板(ban)的(de)可(ke)靠性一直受(shou)制于(yu)陶瓷较(jiao)低(di)的(de)挠曲强度,而后(hou)者会(hui)(hui)降低(di)热循(xun)环能力。对于(yu)那些整合了(le)极端(duan)热和机械应力的(de)应用(例如混合动力汽车和电(dian)动汽车 (HEV/EV) 而言(yan),目(mu)前常用的(de)陶瓷基板(ban)不(bu)是最(zui)佳选择(ze)。基板(ban)(陶瓷)和导(dao)体(铜)的(de)热膨胀系数存在很大差异,会(hui)(hui)在热循(xun)环期间对键合区产生压力,进而降低(di)可(ke)靠性。在今(jin)年的(de) PCIM 展上罗杰斯公司(si)推出的(de)该款 curamik® 系列(lie)氮化硅 (Si3N4) 陶瓷基板(ban),将使电(dian)力电(dian)子模(mo)块(kuai)的(de)寿(shou)命延长(zhang)10倍之多。
 
随着 HEV/EV 和可再生能源应(ying)用的(de)(de)(de)增长(zhang),设(she)计者找到(dao)了新(xin)方法来确保这些推动极具挑(tiao)战性的(de)(de)(de)新(xin)技术发展所(suo)需的(de)(de)(de)电子元件(jian)的(de)(de)(de)可靠(kao)性。由于工作寿命比电力电子使(shi)用的(de)(de)(de)其它(ta)陶瓷长(zhang)10倍或者更高,所(suo)以(yi)氮(dan)化硅基板能够(gou)提供对(dui)于达(da)到(dao)必要(yao)的(de)(de)(de)可靠(kao)性要(yao)求至关重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)机械强度。陶瓷基板的(de)(de)(de)寿命是(shi)由在不(bu)出(chu)现剥离和其它(ta)影响电路功能与安全(quan)的(de)(de)(de)故障的(de)(de)(de)情况下,基板可以(yi)承受的(de)(de)(de)热(re)循(xun)环重(zhong)(zhong)复次数来衡量的(de)(de)(de)。该测(ce)试通(tong)常是(shi)通(tong)过(guo)从 -55°C 到(dao) 125°C 或者 150°C 对(dui)样品进行循(xun)环运行来完(wan)成的(de)(de)(de)。
 
curamik® J9九游会AG产品 市(shi)场经理 Manfred Goetz 说:“J9九游会AG 目前的(de)测试结果(-55°C至150°C)表明,curamik® 氮化硅基板(ban)的(de)使用寿(shou)命比汽车(che)市(shi)场,特(te)别是 HEV/EV,通常使用的(de)基板(ban)长十倍以(yi)上。同(tong)样使用氮化硅基板(ban)也令(ling)整个模块的(de)寿(shou)命大大提升。”
 
使用寿命的(de)(de)延长(zhang)对于(yu)所有将大型半导(dao)体晶(jing)片直接键合到基(ji)板上(shang)的(de)(de)功(gong)率(lv)模块应用而言(yan)都至关(guan)重要,并(bing)且对结温较高(高达250°C)的(de)(de) SiC 和 GaN 晶(jing)片尤为重要。curamik® 氮(dan)化硅(gui)基(ji)板的(de)(de)热导(dao)率(lv)为 90 W/mK,超(chao)过了市面上(shang)其(qi)它(ta)基(ji)板的(de)(de)平均值。
 
新款基板(ban)的机(ji)械强度使J9九游会AG 能够利用(yong)更(geng)薄的陶瓷层,从而降(jiang)低(di)了热阻,提高了功(gong)率密度,削减了系统成本。
 
与Al2O3 和(he) AlN 基(ji)板相(xiang)比,其挠(nao)曲强度改善了(le)很多, 设(she)计师们将因(yin)此而受益。氮化硅的断裂韧性甚(shen)至超(chao)过了(le)氧化锆掺(chan)杂陶瓷,在 90 W/mK 的热导率下达到了(le)6.5~7 MPa/√m。
 


二、 按制造工艺来分
现阶段较普遍的陶(tao)瓷散热基板(ban)种类共有HTCC、LTCC、DBC、DPC、LAM五种,其中(zhong)LAM属于斯(si)利通与(yu)华中(zhong)科技大学(xue)国家光(guang)电实(shi)验室合(he)作的专(zhuan)利技术,HTCC\LTCC都属于烧结工艺,成本都会较高。


而DBC与(yu)DPC则(ze)为(wei)国(guo)内近年来才开发(fa)成熟(shu),且能量(liang)产(chan)化(hua)的(de)专业技(ji)(ji)(ji)术(shu),DBC是(shi)利用(yong)高温加(jia)热(re)将Al2O3与(yu)Cu板(ban)(ban)结(jie)合,其技(ji)(ji)(ji)术(shu)瓶(ping)颈在于不易(yi)解决Al2O3与(yu)Cu板(ban)(ban)间(jian)微气孔产(chan)生之(zhi)问题,这(zhei)(zhei)使(shi)得该J9九游会AG产品 的(de)量(liang)产(chan)能量(liang)与(yu)良率受到较(jiao)大(da)的(de)挑战(zhan),而DPC技(ji)(ji)(ji)术(shu)则(ze)是(shi)利用(yong)直接镀(du)铜技(ji)(ji)(ji)术(shu),将Cu沉积于Al2O3基(ji)板(ban)(ban)之(zhi)上,其工艺(yi)结(jie)合材(cai)料与(yu)薄膜工艺(yi)技(ji)(ji)(ji)术(shu),其J9九游会AG产品 为(wei)近年最普遍使(shi)用(yong)的(de)陶瓷散(san)热(re)基(ji)板(ban)(ban)。然而其材(cai)料控(kong)制(zhi)与(yu)工艺(yi)技(ji)(ji)(ji)术(shu)整合能力(li)要求较(jiao)高,这(zhei)(zhei)使(shi)得跨入DPC产(chan)业并能稳定生产(chan)的(de)技(ji)(ji)(ji)术(shu)门槛(jian)相对较(jiao)高。LAM技(ji)(ji)(ji)术(shu)又称(cheng)作激光快(kuai)速活化(hua)金属(shu)化(hua)技(ji)(ji)(ji)术(shu)。


1、HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)
HTCC又(you)称(cheng)为(wei)(wei)(wei)高温共烧多层陶瓷(ci),生产制造(zao)过(guo)程与LTCC极(ji)为(wei)(wei)(wei)相(xiang)似,主要的差异点在(zai)于(yu)HTCC的陶瓷(ci)粉(fen)末(mo)并无加入玻璃材(cai)质,因此,HTCC的必须(xu)再(zai)高温1300~1600℃环境(jing)下干燥硬化成(cheng)生胚(pei),接着同样钻(zuan)上导通孔,以网版印刷技(ji)术(shu)填孔与印制线路,因其共烧温度较(jiao)高,使得金属(shu)(shu)导体(ti)材(cai)料的选择受限(xian),其主要的材(cai)料为(wei)(wei)(wei)熔点较(jiao)高但导电性却较(jiao)差的钨、钼、锰(meng)…等金属(shu)(shu),最后再(zai)叠层烧结成(cheng)型。


2、 LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)
LTCC 又称为(wei)低温(wen)共烧(shao)多层陶瓷基板,此(ci)技(ji)术须先将无机的(de)氧(yang)化铝粉与约30%~50%的(de)玻(bo)璃(li)材料(liao)(liao)加上(shang)(shang)有机黏结(jie)剂(ji),使(shi)其混合均匀成(cheng)为(wei)泥状(zhuang)的(de)浆(jiang)料(liao)(liao),接(jie)着(zhe)利用(yong)(yong)刮(gua)刀把浆(jiang)料(liao)(liao)刮(gua)成(cheng)片(pian)状(zhuang),再经(jing)由(you)一道干燥过程将片(pian)状(zhuang)浆(jiang)料(liao)(liao)形(xing)成(cheng)一片(pian)片(pian)薄(bo)薄(bo)的(de)生(sheng)胚,然后(hou)依(yi)各层的(de)设计钻(zuan)导通孔,作为(wei)各层讯号的(de)传递,LTCC内(nei)部线(xian)路(lu)则(ze)运用(yong)(yong)网版印(yin)刷技(ji)术,分(fen)别于生(sheng)胚上(shang)(shang)做填(tian)孔及印(yin)制线(xian)路(lu),内(nei)外电极则(ze)可分(fen)别使(shi)用(yong)(yong)银(yin)、铜、金(jin)(jin)等(deng)金(jin)(jin)属,最后(hou)将各层做叠层动作,放置于850~900℃的(de)烧(shao)结(jie)炉中烧(shao)结(jie)成(cheng)型,即可完(wan)成(cheng)。


3、 DBC (Direct Bonded Copper)
直接敷铜技术是利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上,其基本原理就是敷接过程前或过程中在铜与陶瓷之间引入适量的氧元素,在1065℃~1083℃范围内,铜与氧形成Cu-O共晶液, DBC技术利用该共晶液一方面与陶瓷基板发生化学反应生成 CuAlO2或CuAl2O4相,另一方面浸润铜箔实现陶瓷基板与铜板的结合。优越性

◆陶(tao)瓷基板的热(re)膨胀系数接近硅芯片,可(ke)节省过渡层Mo片,省工、节材、降(jiang)低(di)成本;
◆减少焊层,降(jiang)低热阻,减少空洞,提高成品(pin)率;
◆在(zai)相同载流(liu)量下 0.3mm厚的铜(tong)箔线(xian)宽仅为普通印(yin)刷(shua)电路板的10%;
◆ 优良的(de)导热(re)性(xing),使芯片(pian)的(de)封装(zhuang)非常紧(jin)凑(cou),从而(er)使功率(lv)密(mi)度大大提高,改善系统和装(zhuang)置的(de)可(ke)靠性(xing);
◆ 超薄(bo)型(0.25mm)陶瓷基板可替代BeO,无环保(bao)毒性问题(ti);
◆载流(liu)量大(da),100A电流(liu)连续(xu)通过1mm宽0.3mm厚铜体(ti),温升约17℃;100A电流(liu)连续(xu)通过2mm宽0.3mm厚铜体(ti),温升仅5℃左右;
◆热(re)(re)(re)阻(zu)低,10×10mm陶瓷基(ji)板(ban)的(de)热(re)(re)(re)阻(zu)0.63mm厚度陶瓷基(ji)片的(de)热(re)(re)(re)阻(zu)为0.31K/W ,0.38mm厚度陶瓷基(ji)片的(de)热(re)(re)(re)阻(zu)为0.19K/W,0.25mm厚度陶瓷基(ji)片的(de)热(re)(re)(re)阻(zu)为0.14K/W。
◆ 绝缘耐压高,保障人身安全和设备的防护能力。
◆ 可以实(shi)现新的封(feng)装(zhuang)和组装(zhuang)方法,使J9九游会AG产品 高度(du)集成,体积(ji)缩小(xiao)。


性能要求
(1)机械性质(zhi)
有(you)足够高的(de)机械强度,除(chu)搭载元件(jian)外,也能作为支持(chi)构件(jian)使用;加(jia)工性好,尺寸精度高;容易实现多(duo)层化;
表面光滑,无翘(qiao)曲(qu)、弯曲(qu)、微(wei)裂纹(wen)等(deng)。
(2)电学性质
绝(jue)缘(yuan)电(dian)阻及绝(jue)缘(yuan)破坏电(dian)压(ya)高;
介电常数低;
介电损耗小;
在温度(du)高、湿度(du)大的条件下性能稳定,确保可靠性。
(3)热学性质
热导率高(gao);
热(re)膨胀系数与(yu)相(xiang)关材料匹(pi)配(特别是与(yu)Si的热(re)膨胀系数要匹(pi)配);
耐(nai)热性(xing)优良。
(4)其它性质
化学稳定性好;容易金(jin)属化,电路图形与其(qi)附(fu)着(zhe)力强;
无吸湿性;耐(nai)油、耐(nai)化学药品(pin);a射线放出(chu)量(liang)小;
所采(cai)用的物质无(wu)公害、无(wu)毒性;在使(shi)用温度范围 内晶体结(jie)构不变化;
原材料丰富(fu);技(ji)术(shu)成熟;制(zhi)造容易;价格低。


用途
◆ 大功率(lv)(lv)电力半导体模(mo)块(kuai);半导体致冷(leng)器、电子(zi)加热(re)器;射频功率(lv)(lv)控制电路,功率(lv)(lv)混合电路。
◆智能功率组(zu)件;高(gao)频开关电源,固态继电器。
◆汽车电子,航天航空及(ji)军用电子组(zu)件。
◆太阳能电池板组件;电讯(xun)专用交换机,接收系统;激(ji)光等工业电子(zi)。


趋势
陶(tao)瓷基板(ban)(ban)J9九游会AG产品 问世,开启散热(re)(re)(re)应(ying)(ying)用(yong)行业(ye)的(de)发展(zhan),由于(yu)陶(tao)瓷基板(ban)(ban)散热(re)(re)(re)特色,加上(shang)陶(tao)瓷基板(ban)(ban)具有高散热(re)(re)(re)、低热(re)(re)(re)阻(zu)、寿(shou)命长、耐电压等优(you)点,随着(zhe)生产技术(shu)、设备的(de)改良,J9九游会AG产品 价格加速合理化(hua)(hua),进(jin)而扩(kuo)大LED产业(ye)的(de)应(ying)(ying)用(yong)领(ling)域,如家电J9九游会AG产品 的(de)指(zhi)示灯(deng)、汽车车灯(deng)、路灯(deng)及(ji)户(hu)外大型看(kan)板(ban)(ban)等。陶(tao)瓷基板(ban)(ban)的(de)开发成功,更(geng)将(jiang)成为室内照明和户(hu)外亮(liang)化(hua)(hua)J9九游会AG产品 提(ti)供服务(wu),使LED产业(ye)未来的(de)市场(chang)领(ling)域更(geng)宽广(guang)。


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