Podłoża ceramiczne pokryte miedzią AMB: zaprojektowane z myślą o nowej gęstości energii
Podłoża ceramiczne powlekane miedzią z aktywnym lutowaniem metali (AMB) firmy Puwei stanowią szczyt technologii połączeń wzajemnych o wysokiej niezawodności dla energoelektroniki nowej generacji. Zaprojektowana specjalnie, aby sprostać ekstremalnym wymaganiom termicznym, mechanicznym i elektrycznym nowych zastosowań energetycznych, technologia AMB tworzy nierozerwalne wiązanie metalurgiczne pomiędzy miedzią i ceramiką. Podłoże to jest kamieniem węgielnym do budowy kompaktowych, wydajnych i niezwykle niezawodnych modułów zasilania w pojazdach elektrycznych (EV), odnawialnych źródłach energii i napędach przemysłowych, bezpośrednio rozwiązując podstawowe wyzwania związane z rozpraszaniem ciepła, cyklicznością zasilania i długoterminową trwałością komponentów mikroelektronicznych dużej mocy .
Dlaczego AMB jest najlepszym wyborem w przypadku wymagających zastosowań związanych z nową energią
- Niezrównana siła wiązania i niezawodność (>80 MPa): Aktywny proces lutowania metalu tworzy wiązanie chemiczno-metalurgiczne, praktycznie eliminując ryzyko rozwarstwiania się miedzi w ekstremalnych cyklach termicznych – co stanowi kluczową przewagę nad tradycyjnym DBC w środowiskach motoryzacyjnych i przemysłowych o wysokich wibracjach.
- Doskonała wydajność termiczna i mechaniczna dzięki Si3N4: Azotek krzemu (Si3N4) AMB oferuje wyjątkową kombinację wysokiej przewodności cieplnej (>90 W/mK), wyjątkowej wytrzymałości na zginanie i współczynnika CTE, który jest bardzo zbliżony do węglika krzemu (SiC) i innych półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej, drastycznie zmniejszając naprężenia termomechaniczne w urządzeniach zasilających .
- Najwyższa gęstość mocy i obciążalność prądowa: Obsługuje grube warstwy miedzi (do 0,8 mm w standardzie, 2,00 mm na zamówienie), zapewniając wyjątkowo wysoką obciążalność prądową (> 500 A), pozwalając na bardziej kompaktowe konstrukcje inwerterów i konwerterów w pojazdach elektrycznych i systemach słonecznych.
- Wyjątkowa żywotność w cyklach termicznych (> 5000 cykli): Sprawdzona niezawodność w trudnych warunkach wahań temperatury (-55°C do 150°C), znacznie przekraczająca żywotność standardowych podłoży, co przekłada się bezpośrednio na przedłużoną gwarancję produktu i zmniejszoną liczbę awarii w terenie.
- Elastyczność materiału w celu optymalizacji projektu: wybierz AlN-AMB zapewniający maksymalne przewodzenie ciepła (do 200 W/mK), Si3N4-AMB zapewniający najwyższą wytrzymałość i niezawodność lub Al2O3-AMB zapewniający opłacalne rozwiązania – a wszystko to w ramach tej samej solidnej architektury wiązania AMB.
Dane techniczne
Nasze podłoża AMB zostały zaprojektowane z precyzją, aby zapewnić spójne, wysokiej jakości właściwości krytyczne dla projektu modułu mocy.
Dostępne systemy i konfiguracje materiałów
- Opcje ceramiczne:
- Azotek glinu (AlN): Bardzo wysoka przewodność cieplna (180-200 W/mK).
- Azotek krzemu (Si3N4): Najlepsza w swojej klasie wytrzymałość mechaniczna, odporność na pękanie i doskonała przewodność cieplna (>90 W/mK) z doskonałym współczynnikiem CTE zgodnym z SiC.
- Tlenek glinu (Al2O3 - 96% i 99%): Ekonomiczny i niezawodny z dobrą izolacją elektryczną.
- Warstwa miedzi: miedź beztlenowa o wysokiej przewodności (OFHC), grubość od 0,3 mm do 0,8 mm (standard), z możliwością dostosowania do 2,00 mm.
- Grubość ceramiki: 0,25 mm, 0,32 mm, 0,38 mm, 0,63 mm, 1,0 mm (dostępne na zamówienie).
- Rozmiar panelu: standardowy do 240 mm x 280 mm. Większe formaty do konkretnych zastosowań na zamówienie.
Kluczowe parametry wydajności
- Wytrzymałość na odrywanie (miedź do ceramiki): > 80 MPa (zwykle 100-150 MPa).
- Przewodność cieplna: AlN: 180-200 W/mK | Si3N4: >90 W/mK | Al2O3 (99%): 24-28 W/mK.
- Wytrzymałość dielektryczna: > 20 kV/mm.
- Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE): Si3N4: ~3,2 ppm/K | AlN: ~4,5 ppm/K | Al2O3: ~6,8 ppm/K.
- Zakres temperatury roboczej: -55°C do +400°C (ciągła).
- Wydajność cykli termicznych: > 5000 cykli (od -55°C do +150°C) zgodnie ze standardowymi testami branżowymi.
Technologia AMB: Solidne rozwiązanie wiążące
Aktywne lutowanie metali (AMB) to proces lutowania próżniowego przy użyciu specjalnej pasty lutowniczej zawierającej aktywne pierwiastki, takie jak tytan (Ti) lub cyrkon (Zr). Podczas wypalania w wysokiej temperaturze te aktywne elementy reagują z powierzchnią ceramiki, tworząc silne wiązanie chemiczne, podczas gdy stop lutowniczy zwilża się i wiąże z folią miedzianą. Rezultatem jest gęsta, pozbawiona pustych przestrzeni i wyjątkowo mocna powierzchnia styku.
Dlaczego AMB przewyższa DBC i DPC
- w porównaniu z miedzią wiązaną bezpośrednio (DBC): AMB zapewnia znacznie wyższą wytrzymałość na odrywanie i lepszą odporność na zmęczenie cieplne i rozwarstwianie, szczególnie w przypadku wymagającej ceramiki, takiej jak Si3N4. Idealny do zastosowań, w których występują duże obciążenia mechaniczne lub ekstremalne wahania temperatury.
- w porównaniu z miedzią platerowaną bezpośrednio (DPC): AMB obsługuje znacznie grubsze warstwy miedzi (dla wyższego prądu) i zapewnia doskonałą wydajność cieplną ze względu na brak platerowanej warstwy początkowej. Jest to preferowany wybór w przypadku modułów o dużej mocy i wysokim prądzie, a nie modułów o wysokiej częstotliwości , gdzie najważniejsze są doskonałe funkcje.
- vs. konwencjonalna metalizacja grubowarstwowa: AMB zapewnia w pełni gęstą, nadającą się do lutowania powierzchnię miedzi, idealną do mocowania matryc o dużej mocy i łączenia grubych drutów, w przeciwieństwie do drukowanych przewodników grubowarstwowych stosowanych w niektórych mikroukładach hybrydowych .
Podstawowe scenariusze zastosowań w nowej energii i poza nią
1. Układy napędowe pojazdów elektrycznych i hybrydowych (EV/HEV).
Podłoże z wyboru dla głównych falowników trakcyjnych, ładowarek pokładowych (OBC) i przetwornic DC-DC. Si3N4-AMB ma szczególne znaczenie w przypadku architektur 800 V+ wykorzystujących tranzystory MOSFET/IGBT SiC, gdzie istotne jest dopasowanie współczynnika CTE i wysoka niezawodność w agresywnych cyklach pracy. Służy jako element izolujący rdzeń i rozpraszacz ciepła w tych urządzeniach zasilających .
2. Konwersja energii odnawialnej
Centralne miejsce dla falowników fotowoltaicznych (zarówno łańcuchowych, jak i centralnych), konwerterów turbin wiatrowych i falowników systemów magazynowania energii (ESS). Podłoża AMB radzą sobie z dużą gęstością mocy i obciążeniami środowiskowymi na zewnątrz, poprawiając wydajność i żywotność stosów mocy opartych na obwodach scalonych .
3. Przemysłowe napędy silnikowe i systemy UPS
Stosowany w napędach prądu przemiennego dużej mocy, serwonapędach i zasilaczach UPS, gdzie niezawodność i ciągła praca mają kluczowe znaczenie. Solidna konstrukcja wytrzymuje przemysłowe zakłócenia elektryczne i naprężenia termiczne.
4. Transport kolejowy i elektryfikacja morska
Niezbędny w przetwornicach trakcyjnych i pomocniczych jednostkach napędowych w pociągach, tramwajach i statkach. Wyjątkowa odporność na cykle termiczne i wibracje spełniają rygorystyczne wymagania norm transportowych.
5. Systemy zasilania w przemyśle lotniczym i obronnym
Znalezienie zastosowań w dystrybucji energii w bardziej elektrycznych samolotach (MEA) i elektryfikacji pojazdów wojskowych, gdzie najważniejsza jest waga, gęstość mocy i ekstremalna niezawodność w środowisku.
Wytyczne dotyczące integracji i projektowania na potrzeby produkcji (DFM).
Pomyślna integracja substratów AMB wymaga starannego planowania. Postępuj zgodnie z tym planem działania, aby uzyskać optymalne wyniki.
- Wybór materiału: Wybierz ceramikę w oparciu o cele termiczne, mechaniczne i kosztowe. Skorzystaj z naszej wiedzy specjalistycznej: Si3N4 dla najwyższej niezawodności z SiC , AlN dla maksymalnego strumienia ciepła , Al2O3 dla zastosowań wrażliwych na koszty .
- Projekt i układ (ze wsparciem Puwei): Podaj układ obwodu. Doradzimy w zakresie możliwych do wyprodukowania szerokości ścieżek, odstępów i wyważenia miedzi, aby zminimalizować wypaczenia podczas procesu lutowania w wysokiej temperaturze. Zajmujemy się precyzyjnym trawieniem.
- Przygotowanie podłoża i kontrola: Po otrzymaniu należy sprawdzić pod kątem wad wizualnych. W razie potrzeby wyczyścić standardowymi rozpuszczalnikami (IPA). W przypadku zespołów o wysokiej niezawodności zaleca się czyszczenie plazmowe, aby zapewnić doskonałą zwilżalność lutowia lub matrycy epoksydowej.
- Montaż komponentów:
- Mocowanie matrycy: W przypadku matryc mocy preferowane jest lutowanie (SnAgCu, wysoka zawartość Pb) lub spiekanie srebrem. Idealna jest płaska, lutowalna powierzchnia miedziana.
- Łączenie przewodów: Grube przewody aluminiowe lub miedziane można kleić bezpośrednio do ścieżek miedzianych.
- Mocowanie szyn zbiorczych/zacisków: Przylutuj lub przykręć do wyznaczonych podkładek wysokoprądowych.
- Interfejs termiczny i obudowa: Przymocuj zespół podłoża do radiatora za pomocą pasty termoprzewodzącej, podkładek szczelinowych lub materiałów zmiennofazowych. Zapewnij równomierny nacisk. Podłoże można zintegrować z różnymi obudowami modułów (forma transferowa, żel epoksydowy, twarda obudowa).
- Testowanie i walidacja: Wykonaj standardowe testy elektryczne (HiPot, rezystancja izolacji) i charakterystykę termiczną (Rth-jc). Puwei może dostarczyć podłoża wstępnie przetestowane pod kątem parametrów krytycznych.
Dostosowywanie i kompleksowe usługi OEM/ODM
Każdy moduł mocy jest wyjątkowy. Puwei zapewnia kompleksowe wsparcie inżynieryjne w celu dostosowania podłoża AMB do dokładnych wymagań systemowych.
Nasze możliwości dostosowywania obejmują:
- Pełne niestandardowe rozmiary i kształty: Niestandardowe wymiary, wycięcia i kontury obrabiane po lutowaniu.
- Złożone projekty wielowarstwowe i ze wzorami: jednostronne/dwustronne, skomplikowane wzory obwodów z drobnymi cechami i wielostopniową grubością miedzi na tym samym podłożu.
- Specjalistyczne wykończenia powierzchni: cyna zanurzeniowa (ImSn), srebro zanurzeniowe (ImAg), elektrolityczne Ni/Au lub ENEPIG na ścieżkach miedzianych w celu spełnienia określonych wymagań w zakresie lutowności lub łączenia przewodów.
- Konstrukcje hybrydowe: Integracja różnych typów ceramiki lub kombinacja z innymi produktami Puwei, takimi jak izolatory z podłoża ceramicznego z tlenku glinu (Al2O3) lub KOMPONENTY CERAMICZNE w jednym zespole.
- Szybkie prototypowanie i zwiększanie skali produkcji: od szybkich prototypów po produkcję na dużą skalę ze stałą jakością.
Zaawansowany proces produkcyjny i zapewnienie jakości
Nasz najnowocześniejszy proces produkcyjny gwarantuje, że każde podłoże AMB spełnia najwyższe standardy jakości i wydajności.
- Przygotowanie półproduktu ceramicznego: Proszek ceramiczny o wysokiej czystości jest formowany i spiekany w precyzyjne półfabrykaty o kontrolowanej mikrostrukturze.
- Aktywacja powierzchni i drukowanie pasty: Przygotowuje się powierzchnię ceramiczną i nakłada się pastę z aktywnego lutu metalowego za pomocą precyzyjnego sitodruku.
- Laminowanie folii miedzianej i lutowanie próżniowe: Na pastę nakładana jest folia z miedzi beztlenowej. Stos poddawany jest lutowaniu próżniowemu w temperaturze ~800°C, podczas którego elementy aktywne dyfundują i tworzą trwałe połączenie.
- Obróbka po lutowaniu: Połączony zespół jest czyszczony i może zostać poddany obróbce cieplnej w celu optymalizacji połączenia.
- Precyzyjne trawienie: Fotolitografia i trawienie chemiczne definiują specyficzny wzór obwodu klienta na warstwie miedzi.
- Końcowa obróbka i powlekanie: Podłoża są przycinane do ostatecznego rozmiaru, krawędzie są wygładzane i stosowane jest wykończenie powierzchni (Ni/Au itp.), jeśli zostało to określone.
- Rygorystyczna 100% kontrola i testowanie: Każde podłoże przechodzi testy wizualne (AOI), wymiarowe i elektryczne (HiPot). Dla partii próbek przeprowadza się analizę wytrzymałości na odrywanie, cykli termicznych i analizę mikrosekcji.
Certyfikaty, zgodność i standardy globalne
Jakość i niezawodność to elementy naszego procesu, które odpowiadają rygorystycznym wymaganiom światowych gałęzi przemysłu.
- System Zarządzania Jakością: Certyfikat ISO 9001:2015.
- Zgodność materiałowa i środowiskowa: w pełni zgodna z dyrektywami RoHS i REACH. Dostępne opcje bezhalogenowe.
- Dostosowanie do branży motoryzacyjnej: Nasze procesy i kontrole jakości są opracowywane zgodnie z podstawowymi zasadami IATF 16949, aby służyć motoryzacyjnemu łańcuchowi dostaw.
- Niezawodność i testy kwalifikacyjne: Wspieramy kwalifikację klientów danymi ze standardowych testów (szok termiczny, cykle termiczne, HAST, cykle zasilania) i możemy przeprowadzić niestandardowe testy zgodnie z Twoimi specyfikacjami.
- Identyfikowalność: Pełna identyfikowalność materiałów i procesów dla każdej partii produkcyjnej.
Skontaktuj się Now
