衡量AMB陶瓷基板可靠性測試-熱循環(huán)次數(shù)

Amb陶瓷基板熱循環(huán)性好、導(dǎo)熱率高、金屬層與陶瓷的結(jié)合力更強(qiáng)，和DBC陶瓷基板相比具備更好的結(jié)合力，尤其是熱循環(huán)性能。陶瓷覆銅板的可靠性，可以表現(xiàn)為耐機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的能力，通常用熱循環(huán)或熱沖擊測試來表征。今天小編就來分享一下AMB陶瓷基板的熱循環(huán)是怎么樣的，我們通過測熱循環(huán)測試數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論。

陶瓷覆銅板可靠性的影響因素包括：原材料的物理特性（銅和陶瓷以及同它們直接的界面過渡層）、基板設(shè)計(jì)、測試條件、測試標(biāo)準(zhǔn)等。

陶瓷基板在測試或使用中失效的機(jī)理主要有以下幾種：

a、陶瓷屬于脆性材料，在應(yīng)力條件下容易產(chǎn)生疲勞斷裂；

b、由于銅和陶瓷的熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；

c、內(nèi)應(yīng)力主要集中在銅的邊緣和陶瓷連接處；

d、尖角避免圓角更容易產(chǎn)生裂紋；

模塊在服役過程中進(jìn)行頻繁的開關(guān)而導(dǎo)致周期性的溫度變化，由于陶瓷基板中銅層和陶瓷層材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，基板內(nèi)上下銅層與中間陶瓷層之間相互變形約束而導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生，長期工作條件下會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致陶瓷層斷裂、界面脫層等失效。為了測試失效次數(shù)，了解失效機(jī)理，常采用熱沖擊或熱循環(huán)試驗(yàn)。

因此，陶瓷基板可靠性測試分為熱沖擊測試和熱循環(huán)測試。一般來說，熱沖擊測試比熱循環(huán)測試嚴(yán)苛。熱沖擊測試或熱循環(huán)池測試，按試樣在高低溫室之間的轉(zhuǎn)換方式不同，可分為三種（以+125?-40℃循環(huán)為例，125℃為高溫室，-40℃為低溫室）：

第一種：冷熱沖擊箱為2箱，高低溫轉(zhuǎn)換時(shí)間短，樣品從高溫到低溫或者從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于10秒，轉(zhuǎn)換時(shí)高低溫箱體有輕微的溫度擾動(dòng)，樣品停留在高溫室或低溫室的時(shí)間均為30分鐘；

第二種：冷熱沖擊箱為2箱，高低溫轉(zhuǎn)換時(shí)間長，樣品從高溫到低溫或者從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換時(shí)間為5分鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)高低溫箱體有嚴(yán)重的溫度擾動(dòng)，樣品要花費(fèi)更多的時(shí)間才能達(dá)到標(biāo)稱溫度，樣品停留在高溫室或低溫室的時(shí)間均為30分鐘；

第三種：冷熱沖擊箱為3箱，除高溫室和低溫室，還有一個(gè)25℃的常溫室，作為高低溫室之間的過渡。任何時(shí)候，樣品從低溫室到高溫室或從高溫室到低溫室，首先用小于10秒的時(shí)間到25℃常溫室，并保溫10分鐘，從而使得樣品達(dá)到常溫。樣品停留在高溫室或低溫室的時(shí)間均為30分鐘。

本公司的冷熱沖擊試驗(yàn)箱，滿足GJB548B-2005-1010，條件C（同等標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-883J-1010,Condition C）對熱循環(huán)設(shè)備的要求，測試溫度是在 -65℃?+150℃之間循環(huán)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，熱循環(huán)溫度變化范圍為215℃（-65~150℃），由于熱循環(huán)試驗(yàn)主要考察的是材料本身性能對極端環(huán)境條件的響應(yīng)，要求元件內(nèi)部濕度一致，排除溫度梯度對失效的影響（與熱沖擊試驗(yàn)區(qū)分開）。本次試驗(yàn)高低溫保持時(shí)間各為15分鐘，中間冷熱轉(zhuǎn)換時(shí)間不超過2分鐘。試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置熱電偶檢測實(shí)時(shí)試樣的實(shí)際溫度，溫度曲線如下圖所示，實(shí)測溫度基本與所設(shè)定的溫度相吻合。

AMB陶瓷覆銅基板，熱循環(huán)測試性能居于世界前列。經(jīng)過不同批次、長時(shí)間跨度的隨機(jī)抽樣檢測，熱循環(huán)次數(shù)Si3N4≥5000次，ALN≥1500次，AL2O3≥500次,ZTA(氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁）≥1000次。

不同類型陶瓷基板熱循環(huán)次數(shù)

AMB陶瓷基板為功率半導(dǎo)體器件提供高技術(shù)高性能的封裝材料和解決方案。高可靠性（Hi-Rel）氮化鋁、氮化硅陶瓷覆銅基板產(chǎn)品，是區(qū)別于并優(yōu)于DBC（陶瓷與銅直接鍵合技術(shù)）的一項(xiàng)開創(chuàng)性技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)在于：活性金屬層，實(shí)現(xiàn)了無機(jī)陶瓷材料與高純無氧銅的致密焊接，具有高抗剝離強(qiáng)度（＞15N/mm）,高耐熱沖擊性能。

高性能AMB陶瓷基板可靠性特征：

1、更高的可靠性（耐高低溫沖擊性能）

2、更匹配的熱膨脹系數(shù).

3、更?。ǎ?5μm）、更牢、更低阻的活性金屬焊接層

4、使用溫度范圍寬（-55-800℃）

5、絕緣性好（陶瓷擊穿強(qiáng)度＞15KV/mm）

6、高頻損耗小

7、不含有機(jī)成分，耐宇宙射線，在航空航天方面可靠性高，使用壽命長

8、采用進(jìn)口高純無氧銅，氧含量＜0.003%，雜質(zhì)含量＜0.03%，更好的載流導(dǎo)熱性能

9、基板的可焊性好

10、通過對銅線路表面進(jìn)行的特殊處理，可以滿足鋁線超聲鍵合的工藝及強(qiáng)度要求。

金瑞欣特種電路可以生產(chǎn)氧化鋁、氮化鋁、氮化硅等陶瓷基板的AMB陶瓷基板，金屬結(jié)合力＞15N/mm,熱循環(huán)性符合標(biāo)準(zhǔn)要求。金瑞欣特種電路，有十年多行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和3年多陶瓷基板電路板生產(chǎn)、研發(fā)、制作經(jīng)驗(yàn)，品質(zhì)保障、交期準(zhǔn)時(shí)。