Керамическая PCB - Печатная плата SiC

Печатные платы из керамики SiC известны своими превосходными тепловыми и электрическими характеристиками, а также способностью выдерживать высокие температуры и агрессивные условия окружающей среды. Они используются в высокотемпературной электронике и силовой электронике.

Новые характеристики устройств SiC и требования к плотности мощности для мобильных приложений ставят новые задачи перед технологией упаковки устройств питания. Технология упаковки существующих устройств питания в основном разработана на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и полевых транзисторов на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET) и постоянно развивается. Однако этих постепенных улучшений недостаточно для того, чтобы в полной мере использовать производительность устройств SiC, поэтому технология упаковки нуждается в революционном прогрессе.

Основные характеристики устройств из SiC определяют их превосходные показатели, такие как низкое внутреннее сопротивление, высокое сопротивление напряжению, высокая частота и высокая температура соединения. В условиях постоянного увеличения удельной мощности мобильных приложений устройства из SiC выдвигают новые требования и задачи к технологии упаковки.

Основу существующих упаковочных технологий можно кратко охарактеризовать как методы пайки и склеивания, которые я обычно называю соединением или склеивающими элементами. Для силовых модулей соединение, непосредственно связанное с кристаллом, называется ближним торцевым соединением микросхемы, в то время как другие соединения обычно называются дальним торцевым соединением микросхемы. Что касается соединений, то в большинстве литературных источников их называют присоединением, контактом, соединением или стыковкой, присоединяемым соединением и т.д. Некоторые люди также используют термин "склеивание" для обозначения всех соединений (комбинаций). Сварка используется для соединения матрицы между нижней частью чипа и подложкой или для системного соединения подложки с подложкой для отвода тепла. Основные методы сварки включают традиционную сварку в виде мешковины (пайка SnAgCu), а в последние годы были разработаны различные способы пайки и диффузионной сварки. Для соединения выводов от верхней части чипа к подложке или от подложки к корпусу модуля используется склеивание. Обычно используются такие материалы, как золото, серебро, медь и алюминий, в виде проволоки или полос, а также такие методы, как ультразвуковое или горячее прессование. В прошлом материалом для металлизации поверхности силовых микросхем обычно был Al или Al, легированный небольшим количеством Si и Cu. Интерметаллическое соединение, образованное при сварке с поверхностью подложки (обычно Cu), образовывало связующий слой для крепления к матрице. Металлом с обеих сторон подложки часто является медь, которая соединяется с основной пластиной для отвода тепла с помощью сварки. Материалом основной пластины для отвода тепла обычно является алюминий SiC (AlSiC) или медь с покрытием Ni на поверхности.

Производительность этих соединительных устройств могла бы соответствовать требованиям большинства применений ранних IGBT, но в последние годы они все больше отстают от развития полупроводниковых технологий.

В настоящее время основной технологический процесс изготовления корпусов силовых устройств сместился с алюминиевой на медную основу, и достигнут значительный прогресс как в предварительных исследованиях, так и в практическом применении продукта. В дополнение к склеиванию и сварке соединений на основе существующих технологий, также достигнут значительный прогресс в спекании меди. Однако с точки зрения электропроводности, теплопроводности, силы сдвига, температуры плавления и других показателей этих постепенных улучшений недостаточно, поэтому в последние годы передовые исследования в отрасли в основном были направлены на спекание серебра.

Печатная плата из керамики SiC

Материал SiC обладает относительно высокой теплопроводностью и является идеальным выбором для высокотемпературных печатных плат, таких как автомобильная электроника, аэрокосмическая электроника и другие области. Кроме того, материал SiC также обладает такими преимуществами, как высокая термостойкость и низкое энергопотребление. Однако стоимость материала SiC относительно высока, а его твердость также относительно высока, что затрудняет его обработку.

Даже при температуре 1400 °C SiC обладает хорошей прочностью, чрезвычайно высокой теплопроводностью и стойкостью, хорошей полупроводниковой проводимостью и высокой твердостью.

SiC - это то же самое, что и алмаз, только с другой пропорцией углерода. Поэтому печатные платы из SiC обладают чрезвычайно высокой термостойкостью. С печатными платами из SiC легко работать при температуре 1000 °C. Именно поэтому их можно использовать в области лазеров.

SiC обладает характеристиками Si, поэтому его свойства близки к полупроводниковым. Другими словами, в отличие от других керамических печатных плат, печатные платы SiC не обладают высокими изоляционными свойствами.

В настоящее время стоимость изготовления печатных плат SiC чрезвычайно высока. Но в будущем, с развитием технологий производства, мы можем ожидать, что печатные платы из SiC найдут больше применений.