AMB活性金屬焊接陶瓷基板的性能及應用

第三代半導體（氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等）的崛起和發(fā)展推動了功率器件尤其是半導體器件不斷走向大功率，小型化，集成化和多功能方面前進，對封裝基板性能提升起到了很大的促進作用。為加強陶瓷基板及其封裝行業(yè)上下游交流聯(lián)動，艾邦建有陶瓷基板產(chǎn)業(yè)群，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加入。

陶瓷基板也是陶瓷電路板在電子器件封裝中得到廣泛應用，主要是由于陶瓷基板具有高熱導率、耐高溫、較低的熱膨脹系數(shù)、高的機械強度、耐腐蝕以及絕緣性好、抗輻射的優(yōu)點。

陶瓷基板按照工藝分有很多種，除了直接鍵合銅（DBC）法、直接電鍍銅(DPC)法、激光活化金屬(LAM)法、低溫共燒陶瓷（LTCC）、高溫共燒陶瓷（HTCC）之外，還有目前備受關注的AMB法技術，即活性金屬釬焊技術。

一、什么是活性金屬釬焊技術？

AMB工藝流程 圖源自網(wǎng)絡

活性焊銅工藝（AMB）是DBC工藝技術的進一步發(fā)展，工作原理為：在釬焊電子漿料中加入少量的活性元素（Ti，Zr，V，Cr等），采用絲印技術印刷到陶瓷基板上，其上覆蓋無氧銅后放到真空釬焊爐內(nèi)進行燒結，然后刻蝕出圖形制作電路，最后再對表面圖形進行化學鍍。使用AMB技術制備的陶瓷覆銅板結構如圖下圖所示。

AMB工藝的陶瓷覆銅板結構圖

二、AMB和DBC的比較

1.DBC技術無需額外的材料即可將銅和陶瓷連接起來，而AMB要采用活性金屬將銅釬焊在陶瓷上。

2.對比DBC，AMB有更好的導熱性、耐熱性，強度更高、可靠性更高。

3.氮化硅Si3N4與銅之間不會形成Cu-Si-O化合物，無法使用DBC工藝，必須采用AMB工藝來實現(xiàn)氮化硅與銅的結合。

三、AMB陶瓷基板按材質(zhì)分類

根據(jù)陶瓷材質(zhì)的不同，目前成熟應用的AMB陶瓷基板可分為：氧化鋁、氮化鋁和氮化硅基板。

三種材料的部分性能對照表

3.1 AMB氧化鋁基板

基于氧化鋁板材來源廣泛、成本最低，是當前性價比最高的AMB陶瓷基板，其工藝也最為成熟。但由于氧化鋁陶瓷的熱導率低、散熱能力有限，AMB氧化鋁基板多用于功率密度不高且對可靠性沒有嚴格要求的領域。

3.2 AMB氮化鋁基板

AMB基板具有較高的散熱能力，從而更適用于一些高功率、大電流的工作環(huán)境。但是由于機械強度相對較低，氮化鋁AMB覆銅基板的高低溫循環(huán)沖擊壽命有限，從而限制了其應用范圍。氮化鋁AMB基板具有較高的散熱能力，從而更適用于一些高功率、大電流的工作環(huán)境。但是由于機械強度相對較低，氮化鋁AMB覆銅基板的高低溫循環(huán)沖擊壽命有限，從而限制了其應用范圍。

3.2 AMB氮化硅基板

氮化硅陶瓷的熱膨脹系數(shù)（2.4ppm/K）較小，與半導體芯片材料（Si/SiC）接近；AMB氮化硅基板具有較高的熱導率（>90W/mK）。AMB-Si3N4基板結合的機械性能具有優(yōu)異的耐高溫性能、散熱特性和超高的功率密度。

對于對高可靠性、散熱以及局部放電有要求的汽車、風力渦輪機、牽引系統(tǒng)和高壓直流傳動裝置等來說，AMB氮化硅基板可謂其首選的基板材料。此外，載流能力較高，而且傳熱性也非常好。

四、AMB陶瓷基板的應用

與DBC陶瓷基板相比，AMB陶瓷基板具有更高的結合強度和冷熱循環(huán)特性。根據(jù)芯舟電子（博敏電子）的AMB陶瓷基板的可靠性測試，熱循環(huán)測試（熱循環(huán)溫度變化范圍為215℃（-65-150℃），高低溫保持時間各為15分鐘，中間冷熱轉換時間不超過2分鐘），熱循環(huán)次數(shù)：Si3N4≥5000次；AlN≥1500次；Al2O3≥500次；ZTA(氧化鋯增強氧化鋁）≥1000次。

AMB基板是靠陶瓷與活性金屬焊膏在高溫下進行化學反應來實現(xiàn)結合，因此其結合強度更高，可靠性更好，可用于大功率電力半導體模塊封裝，應用于軌道交通、新能源汽車、智能電網(wǎng)等領域。

我國已經(jīng)成為全球最大的功率半導體需求市場，特別是隨著新能源汽車快速增長，驅(qū)動IGBT和碳化硅功率器件快速發(fā)展，國內(nèi)AMB基板飛速發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)有：富樂華、博敏電子、先藝電子、北京漠石、江西昊光、紅星電子、豐鵬電子、浙江精瓷、中山基礎等。

為加強陶瓷基板及其封裝行業(yè)上下游交流聯(lián)動，艾邦建有陶瓷基板產(chǎn)業(yè)群，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加入。

審核編輯：湯梓紅