第三代半導體的崛起和發(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。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緣于陶瓷基板具有高熱導率、耐高溫、較低的熱膨脹系數、高的機械強度、耐腐蝕以及絕緣性好、抗輻射的優(yōu)點。

陶瓷基板工藝有很多種，除了DPC、DBC、HTCC、LTCC之外，還有目前備受關注的AMB（Active Metal Bonding）技術，即活性金屬釬焊技術。

 一，什么是活性金屬釬焊技術？

AMB技術是指，在800℃左右的高溫下，含有活性元素Ti、Zr的AgCu焊料在陶瓷和金屬的界面潤濕并反應，從而實現陶瓷與金屬異質鍵合的一種工藝技術。AMB陶瓷基板，一般是這樣制作的：首先通過絲網印刷法在陶瓷板材的表面涂覆上活性金屬焊料，再與無氧銅層裝夾，在真空釬焊爐中進行高溫焊接，然后刻蝕出圖形制作電路，最后再對表面圖形進行化學鍍。

二，AMB陶瓷基板的技術特點

AMB技術是在DBC（Direct Bonding Copper，直接覆銅法）技術的基礎上發(fā)展而來的。相比于傳統的DBC基板，采用AMB工藝制備的陶瓷基板，不僅具有更高的熱導率、更好的銅層結合力，而且還有熱阻更小、可靠性更高等優(yōu)勢。

三， AMB陶瓷基板按材質分類

根據陶瓷材質的不同，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。

3.1 AMB氧化鋁基板

相對地，氧化鋁板材來源廣泛、成本最低，是性價比最高的AMB陶瓷基板，工藝最為成熟。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氮化鋁基氮化鋁板

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。

3.3 AMB氮化硅基板

氮化硅陶瓷，具有 α-Si3N4和β-Si3N4兩種晶型，其中α 相為非穩(wěn)定相，在高溫下易轉化為穩(wěn)定的 β 相。高導熱氮化硅陶瓷內 β 相的含量一般大于40%。憑借氮化硅陶瓷的優(yōu)異特性，AMB氮化硅基板有著優(yōu)異的耐高溫性能、抗腐蝕性和抗氧化性。

3.3.1 AMB氮化硅基板具有高熱導率。

一方面，AMB氮化硅基板具有較高的熱導率（>90W/mK），厚銅層（達800μm）還具有較高熱容量以及傳熱性。因此，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。

另一方面，活性金屬釬焊技術，可將非常厚的銅金屬（厚度可達0.8mm）焊接到相對較薄的氮化硅陶瓷上。因此，載流能力較高，而且傳熱性也非常好?？蛻艨勺远x產品布局，這一點類似于PCB電路板。

3.3.2 AMB氮化硅基板具有低熱膨脹系數。

氮化硅陶瓷的熱膨脹系數（2.4 ppm/K）較小，與硅芯片（4 ppm/K）接近，具有良好的熱匹配性。因此，AMB氮化硅基板，非常適用于裸芯片的可靠封裝，封裝后的組件不容易在產品的生命周期中失效。

四， AMB陶瓷基板的可靠性分析

在設計新的電源模塊時，根據封裝方式的要求，模塊工程師需要選擇合適的基板材料，并對基板的電氣、熱性能、機械性能和可靠性進行綜合考量。研究表明，功率器件失效的絕大部分原因與熱量沒有及時散出有關，陶瓷基板的熱學性能對于功率器件的可靠性十分關鍵。AMB基板的可靠性很大程度上取決于活性釬料成分、釬焊工藝、釬焊層組織結構等諸多關鍵因素。

4.1 影響AMB陶瓷基板可靠性指標的制程因素和測試因素

4.2 影響AMB陶瓷基板機械應力和熱沖擊分析方面分析

機械應力分析：

1,陶瓷屬于脆性材料，在應力條件下易產生疲勞斷裂

2,由于銅和陶瓷的CTE不匹配產生的內應力

3,內應力主要集中在銅的邊緣與陶瓷連接處

4,圓角比尖角更容易產生裂紋

5,dimple可起到熱應力緩解作用，可以10x提升基板的可靠性

熱沖擊測試基本信息：

1,注意溫差和轉換時間

2,-55°C~150°C，熱沖擊

3,一般來說，熱沖擊比熱循環(huán)測試更嚴苛；

4,一般來說，液體測試比氣體測試更嚴苛.

五，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。目前，隨著電力電子技術的高速發(fā)展，高鐵上的大功率器件控制模塊對IGBT模塊封裝的關鍵材料——陶瓷覆銅板形成巨大需求，尤其是AMB基板逐漸成為主流應用。

日本京瓷采用活性金屬焊接工藝制備出了氮化硅陶瓷覆銅基板，其耐溫度循環(huán)（-40~125 ℃）達到5 000 次，可承載大于300 A 的電流，已用于電動汽車、航空航天等領域。特別是，該產品采用活性金屬焊接工藝將多層無氧銅與氮化硅陶瓷鍵合，同時采用銅柱焊接實現垂直互聯，對IGBT 模塊小型化、高可靠性等要求有較好的促進作用。

另外，在風能、太陽能、熱泵、水電、生物質能、綠色建筑、新能源裝備、電動汽車、軌道交通等重要領域，AM陶瓷基板也開始得到越來越多的應用。更多陶瓷基板的工藝以及制作可以咨詢金瑞欣特種電路，金瑞欣特種電路熟練多種工藝，陶瓷基板制作和加工多年，有這豐富的經驗，很多研發(fā)機構、高校以及大企業(yè)上市公司都尋求合作，歡迎咨詢。