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陶瓷基板:功率模块的首选材料,有什么优势?

时间:2023-09-17 来源: 浏览:

陶瓷基板:功率模块的首选材料,有什么优势?

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当今电子产品越来越普及,PCB板作为电子产品的重要组成部分,其质量和稳定性都扮演着至关重要的角色。而在PCB板中,陶瓷基板受到越来越多的关注,因为它具有不同于其他PCB板的优越性能。 陶瓷基板是功率模块中常用的材料 ,具有特殊的热、机械和电气特性, 是适用于要求严苛的电力电子应用的理想之选 。这些基板能够实现系统的电气功能,提供机械稳定性和卓越热性能,从而满足各种独特设计的要求。

陶瓷基板的优势
陶瓷基板通常位于功率模块的铜/金属复合材料中,充当功率电子电路的一部分。它们有助于提供类似PCB的功能,使其能够出色地按预期工作。与其他基于金属或塑料的基板相比,陶瓷基板有许多优势:
 优异的导热性能: 由于陶瓷材料的导热性能极佳,因此DBC陶瓷板具有优异的导热性能,能够有效地散热,保证电子产品的稳定性。
 优异的机械性能: 陶瓷材料具有优异的硬度和韧性,可以有效地抵抗冲击和振动,保护电子元器件的安全。

▲典型的基板位置和功能

 优异的耐腐蚀性能: 陶瓷材料具有优异的耐腐蚀性能,能够有效地抵抗化学物质的侵蚀,保证电子产品的长期稳定性。
 热膨胀系数匹配性好: 陶瓷材料与铜箔之间的热膨胀系数匹配性好,能够有效地避免因温差引起的热应力,保证电路板的稳定性。

陶瓷基板的制备
 原材料准备: 在PCB陶瓷板的生产中,选用适合的原材料至关重要。一般来说,陶瓷板的主要材料包括陶瓷粉末、粘结剂、导电粉末等。其中,陶瓷粉末是PCB陶瓷板的主要材料,常用的有氧化铝、氧化锆等。在选择原材料时,需要控制其粒度和杂质含量,以保证产品的质量。
 粉末成型: 在原材料准备完成后,需要将混合好的陶瓷粉末和粘结剂一起压入成型机器中进行压制成型。成型机器种类有很多,如注浆机、冲压机、模压机等。在成型的过程中,需要控制压力和压制速度,以保证产品的均匀性和密度。涂覆粘结层:在铜箔表面涂覆一层粘结层,通常为含有有机物的聚酰亚胺(PI)或环氧树脂。
 制作导电图案: 制作导电图案是PCB陶瓷板生产中的重要步骤。一般来说,将导电粉末制成粘浆,将其印刷在坯体上,形成导电图案。在印刷时,需要使用专用的印刷机器,以保证粘浆的均匀涂布。同时,在印刷前需要设计好导电线路的布局,确保其符合产品的使用要求。

 高温烧结: 在制作导电图案完成后,需要将制成的坯体放入烧结窑中进行烧结处理。在烧结的过程中,需要将烧结温度控制在1500-1700℃之间,烧结时间一般在1-2小时之间。在烧结的过程中,导电粉末与陶瓷板化学反应,形成导电线路。

 修整加工: 烧结后的陶瓷板的表面不够光滑,需要进行修整加工。修整加工包括磨光、切割、打孔等等。这一步可以使用自动化加工设备,如数控机床,以提高加工精度和效率。

 表面处理: 对PCB陶瓷板进行表面处理,以增加其表面光洁度和耐磨性。常用的表面处理方法包括磨光、抛光、镀膜等。

因此,陶瓷板的生产流程需要多个步骤的精密加工和控制,以保证产品的质量和稳定性。在陶瓷板的应用过程中,也需要注意控制质量,避免损坏或者在长期使用中出现问题。

陶瓷基板的应用
陶瓷基板大量应用于世界上许多尤为先进的电子系统中,包括持续发展壮大的可再生能源和汽车电气化行业。下面列举几个重要市场和应用:
①  电动和混合动力汽车以及汽车电气化
得益于汽车电动化技术的进步,如今汽车的舒适性和安全性显著提升。汽车制造商还致力于将汽车动力系统从轻度混合动力升级为全电动系统,以满足市场对低排放汽车不断增长的需求。
更高的电气化程度需要使用更多的电力。想要在严格的机械范围内推动全新电气功能的发展,则需要大电流、高电压解决方案。由于其卓越的品质,陶瓷基板在市场应用场景中得到广泛应用,其中包括电动助力转向、电动制动系统、集成起动交流发电机、柴油和水泵控制、电机和发动机控制、HEV/EV转换器/逆变器、LED照明以及交流发电机。
②  可再生能源
陶瓷基板已应用于整个可再生能源行业的各种应用场景中,其中包括用于风能和太阳能发电和储能的技术,例如适用于太阳能光伏(PV)和风能的逆变器以及适用于聚光光伏(CPV)的聚光器。
③  工 业
陶瓷基板在广泛的一般行业应用场景中表现优异。陶瓷基板的一些工业应用场景包括泵控制、变频驱动器、牵引驱动器、电源、珀耳帖冷却器、定制电机控制、板载芯片标准化半导体模块、DC/DC转换器和AC/DC转换器。
④  白色家电
消费者在能效、噪声控制、维修方便性和安全性能方面的偏好会影响他们对大型家用电器(也称为白色家电)的需求。陶瓷基板大量应用于各类主要家用电器,其中包括驱动电器电机的智能功率模块。

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