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铝碳化硅基板(AlSiC Base Plate)上孔的边缘为什么摸着低?

细心的用户会发现铝碳化硅基板(AlSiC Base Plate)孔的边缘板面会凹进去一些,比整体板面稍微低一些。同样的情况,也会出现于其它有孔的产品上。这是什么原因呢?

我们知道,铝碳化硅(AlSiC)材料比较硬,不适合机械加工。所以铝碳化硅生产厂家会在制作陶瓷预制型时,在需要打孔的地方留出空位。这些空位,会在浸渗铝时,被铝填充。这样,打孔时,就可以直接在铝上打孔。

那这些预留的孔位,没有陶瓷的部份为什么摸着低一些呢?两方面原因。一方面,因为铝碳化硅材料的热膨胀系数为8ppm/K,而铝的热膨胀系数为23ppm/K。这样,可以计算出从500℃铝液硬化开始冷却到室温20℃时,5mm厚的基板,其厚度差异为0.075微米。0.075微米用手是摸不出来的。另一方面原因,是因为铝碳化硅材料的热导率比铝更高,降温过程中,铝碳化硅中的铝凝固更早,空位中尚未凝固的铝会有小部分去补缩铝碳化硅中缺失的铝,凝固后就造成厚度方面的些微差异。

板面边缘的些许凹陷并不会影响铝碳化硅基板的整体工作性能,但如果陶瓷空位留得过大,则不但会影响散热接触面,而且也会造成板面牢固度下降。铝碳化硅基板上,强度最为薄弱的地方,就是铝碳化硅与铝的界面部位。这是因为铝与铝碳化硅材料的热膨胀系数差异太大,浸渗后,同时从高温冷却下来,在界面部位会堆积强大的内部应力。

明显的解决方案就是尽可能减小界面面积。但做到这一点并不容易。

浸渗操作时,需要把陶瓷预制型放到模具里去。这样,陶瓷预制型就需要比模具尺寸小才放得进去。而孔位是留在陶瓷预制型上的,这样,陶瓷预制型的精度,就决定了孔位的大小。把孔位做得过大,主要的原因,是陶瓷预制型制作技术不过关,精度不过关,只能把孔位做大,才能保障后期打孔时,钻头不碰到陶瓷上。

铝碳化硅材料并不难制作,但材料产品的制作就难得多。其中一个主要难点,在于陶瓷预制型的精度控制级别。如果陶瓷预制型的尺寸精度达不到0.2%,做产品是很难的。

也有部分厂家的基板产品观察不到凹面,那样的产品并不是一次性浸渗成形产品。并非所有的非一次性浸渗成形产品都不好,如果陶瓷预制型平面度能达到0.05mm以内,装模的平面定位精度能达到0.05mm以内,那么,后加工的产品也是可以的达到要求的。如日本前期出产的AlSiC基板(称为AlSink Base Plate),一面平,一面凹,厚度不变的那种品种。就能做到在留铝孔位,摸不到凹陷。AlSink的制作工艺,虽然摸不到凹陷,但那看不到的孔位尺寸却比较大,因此客户反馈最多的问题是孔位部分断裂。不同的制作工艺,产品特征也不太一样。

 

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铝碳化硅产品示例
铝碳化硅IGBT基板
铝碳化硅RF衬底
铝碳化硅射频发射器载体