||
陶瓷基覆铜板是根据电力电子模块电路的要求进行了不同的功能设计,从而形成了许多品种和规格的系列产品。今天主要介绍以氧化铝陶瓷与铜板(100~600μm)进行直接键合的陶瓷基覆铜板,因为此种规格是目前生产规模最大,应用范围最广,应用效果最好的一种产品。
一、氧化铝陶瓷覆铜板的制作
氧化铝陶瓷覆铜板就是指采用氧化铝陶瓷片与铜板在高温和惰性气体中直接键合而成的陶瓷基覆铜板。其制作流程为:准备材料(氧化铝陶瓷、铜板)——叠合——键合——表面处理——检验包装出品。
这里所使用的氧化铝瓷片一般是指氧化铝含量96%,适用于薄膜电路或厚膜电路的电子陶瓷片经特殊加工处理而成。
二、氧化铝陶瓷覆铜板的制作的键合机理
在高温下含氧量一定的气氛中,金属铜表面氧化形成一薄层氧化亚铜,温度高于低共熔点时,出现铜与氧化亚铜的共晶液相,其中的氧化亚铜相与氧化铝陶瓷有着良好的亲和性,使界面能降低,共晶液相能很好地润湿铜和陶瓷。同时液相中的氧化亚铜与氧化铝发生化学反应,形成氧化铝合亚铜:
冷却后通过铜、铝、氧的化学键,氧化亚铜与氧化铝陶瓷牢固键合在一起。在氧化亚铜与金属接触的另一端,以铜和氧离子键将氧化亚铜与铜层紧密联接起来,但是这一层的键合力与氧化亚铜/氧化铝的反应键合相比要小一些。从拉脱试验中可以看出,当铜层拉离了瓷体,在陶瓷上留下粉红色岛状的氧化亚铜晶粒。
三、氧化铝陶瓷覆铜板的性能要求
1 、铜导带和氧化铝陶瓷基片在高温适合的气氛中直接键合,具有较高的导热性。热导率为:14~28W/m.K.
2、 陶瓷覆铜板的热膨胀系数同于氧化铝基片(7.4x10-6/℃),与硅相近并和硅芯片相匹配,可以把大型硅芯片直接搭乘在铜导体电路上,省去了传统模块中用钼片等过渡层。
3、 由于陶瓷覆铜板制作主要以化学键合为主,所以键合强度十分高,拉脱强度大于50N/mm2,剥离强度大于9N/mm。
4 、基板耐可焊接性好,使用温度高。传统PCB一般在260℃、 60s左右,陶瓷覆铜板成型温度在1000℃左右,在260℃可以多次焊接,-55~+88范围内长期使用具有优异的热可靠性。
5 、可以利用传统PCB制作工艺设备进行精细线路的加工制作。具有通用性,适宜于大批量生产。
6 、引线和芯片可焊性好。
7 、不会产生金属迁移。
8 、耐电压高(15kV/mm)
9、 绝缘层电阻率高(一般大于1x10 14Ω.mm)。导电层铜电路的电阻率极其低(2.5x10-6Ω.mm),电流通过时发热。
10 、导电层100~600/μm,可根据电路模块设计任意的大电流。
11 、导电铜电路的电阻率极其低(2.5x10-6Ω.mm),电流通过时发热。
12 、高频损耗小(tanδ<10-3),可进行高频电路的设计和组装。
13 、可进行高密度组装,实现短、小、轻、薄化。
14 、不含有机组分,耐宇宙射线,在航天航空方面可靠性高,使用寿命长。
15 、导体铜具有极好的可塑性,可进行大面积模块组装。
四、氧化铝陶瓷覆铜板的性能指标及标准
陶瓷基覆铜板(陶瓷覆铜板)在耐热性、散热性、耐宇宙射线、绿色环保性以及高低温循环老化试验方面的优异性能是传统覆铜板无法比拟的。从文献查阅看,国外目前还没有一个统一完整的标准,甚至与各个企业的生产标准相关报道也十分稀少。我国目前制定的最完整最权威的标准是国营第704厂制订,经中国电子技术标准化研究所与斯利通陶瓷线路板评审确认的企业军用标准。该标准是根据常规覆铜板的一些性能要求并参考借鉴铜箔(电解铜箔或压延铜箔)、陶瓷基片(厚膜电路和薄膜电路用电子陶瓷基片)等相关标准以及陶瓷覆铜板的具体加工特点,规格尺寸等进行制订的。