淺談DBC與AMB基板的設計思路

新年臨近，決心之際，也是研究定制直接鍵合銅（DBC）與活性金屬釬焊（AMB）基板主要設計原則的絕佳機會(huì )。不僅設計工程師需要了解如何優(yōu)化其設計，工藝與質(zhì)量工程師及其采購人員也應了解各種不同的設計方案及其優(yōu)缺點(diǎn)。如果你是一名新晉工程師，一起來(lái)看我們分享的知識吧！如果你是一名資深工程師，看是否從我們的文章中有新收獲。

01 母板設計

多年以來(lái)，羅杰斯一直在生產(chǎn)母板規格的DBC和AMB基板，力圖在同一母板上容納多個(gè)獨立基板。對于大部分氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）和氮化硅（Si3N4）供應商而言，7.5”×5.5”母板已經(jīng)成為標準陶瓷尺寸。我們也設計了各種生產(chǎn)設備和工具用于處理該母板從來(lái)料到終檢的所有工序。原材料的銅片也以稍小于陶瓷板的尺寸裁切， 使得我們的客戶(hù)能夠獲得最大7”×5”的母板可用面積。

02 多種形狀，多種交付選擇

DBC和AMB基板可以制成各種形狀，但其中最經(jīng)濟的是矩形。矩形基板可以輕松實(shí)現矩陣排布，不留任何側隙。采用快速且易于實(shí)現的激光劃線(xiàn)工藝對基板外緣進(jìn)行預切割，可沿劃線(xiàn)手動(dòng)或用自動(dòng)設備分開(kāi)。當然也可以用激光切割取代激光劃線(xiàn)，但前者速度明顯慢于后者，且在基板切割完成后，還要設計用于表面清洗與電鍍等后續工藝的工具與設備，其要能夠處理多種尺寸的元件，而非處理一種特定的母板尺寸。這一方案明顯不具有商業(yè)可行性。

基板角上可應要求增加斜角，一般是45°，但其它角度也可以接受。只要斜角的角度和尺寸不變，它們將不會(huì )影響單個(gè)基板間的接觸面。此外，相比基板長(cháng)度和寬度，斜角不得過(guò)小或過(guò)大。過(guò)大會(huì )導致母板不夠穩定，從而引起制造期間不必要的破損，過(guò)小就無(wú)法去除斜角。我們可以免費處理裁切、定位槽和內凹，但我們強烈建議您在斥資購買(mǎi)模塊輔助模具前，讓羅杰斯先進(jìn)電子解決方案團隊檢查你的設計。

圓形、橢圓形或其它復雜形狀均可行，但它們需要用激光從母板上切割出來(lái)?；逋ǔＪ亲鳛閱我辉M(jìn)行交付，但矩形基板可作為母板設計交付，進(jìn)行或不進(jìn)行預切割均可。最適合自己公司的方案取決于自己的商業(yè)模式。有些模塊制造商需要大批購買(mǎi)少量幾種基板，有些則需要小批購買(mǎi)很多種類(lèi)的基板。根據你所使用的或計劃使用的生產(chǎn)設備和工具，我們可以以單一基板或以母板的形式交付，結果完全不同。單一元件容易上手，所以是開(kāi)始新設計的不二之選。相對地，如果你希望在精簡(jiǎn)設備與工具成本的同時(shí)，優(yōu)化大規模生產(chǎn)的人工與工藝成本，母板將是你的最優(yōu)選擇。

03 優(yōu)化基板尺寸，增加母板表面積

你可以根據單一基板的尺寸與形狀，在每張母板上排布最多一千塊基板。雖然超大和超小基板在理論上都是可行的，但都存在一些特定的問(wèn)題。超小基板需要花很長(cháng)時(shí)間在激光劃線(xiàn)、切割、最終檢驗和包裝上。而為了達到產(chǎn)品要求，通常還需要特殊的切割工具和定制的托盤(pán)包裝。經(jīng)驗表明，長(cháng)寬小于15 mm的基板生產(chǎn)成本更高。相反，超大基板更容易處理，但只能由最優(yōu)質(zhì)基板原板制成。質(zhì)量低劣的基板原板會(huì )出現大量缺陷，無(wú)法通過(guò)最終檢驗。

圖1：能夠100%利用母板表面的基板尺寸

設計基板時(shí)需要考慮的另一重要問(wèn)題是如何充分利用7”×5”的母板可用面積。設計中沒(méi)有用到的面積會(huì )報廢，但也算在總基板成本中。理想情況下，基板尺寸應該能夠實(shí)現100%的利用率。圖1列出了可排布1-100基板的的最佳尺寸。理論上，所有矩形基板都是可行的，但長(cháng)條形沒(méi)有正方形常見(jiàn)。根據應用中基板的可用面積，長(cháng)寬比不應超過(guò)系數“2”，否則會(huì )導致單一基板的過(guò)度彎曲。彎曲是基板芯片封裝工藝以及后續底板或散熱底板裝配工藝中的一個(gè)重要參數?？上У氖?，基板并不是完全平的，影響其彎曲的因素眾多，例如形狀、尺寸、長(cháng)寬比、是在母板長(cháng)邊還是短邊、電路設計以及銅和陶瓷的厚度。