第三代半導(dǎo)體的崛起和發(fā)展推動(dòng)了功率器件尤其是半導(dǎo)體器件不斷走向大功率，小型化，集成化和多功能方面前進(jìn)，對封裝基板性能提升起到了很大的促進(jìn)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(yīng)用主要是緣于陶瓷基板具有高熱導(dǎo)率、耐高溫、較低的熱膨脹系數(shù)、高的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕以及絕緣性好、抗輻射的優(yōu)點(diǎn)。

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(guān)注的AMB（Active Metal Bonding）技術(shù)，即活性金屬釬焊技術(shù)。

 一，什么是活性金屬釬焊技術(shù)？

AMB技術(shù)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(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬異質(zhì)鍵合的一種工藝技術(shù)。AMB陶瓷基板，一般是這樣制作的：首先通過絲網(wǎng)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(jìn)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(jìn)行化學(xué)鍍。

二，AMB陶瓷基板的技術(shù)特點(diǎn)

AMB技術(shù)是在DBC（Direct Bonding Copper，直接覆銅法）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。相比于傳統(tǒng)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(dǎo)率、更好的銅層結(jié)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(zhì)分類

根據(jù)陶瓷材質(zhì)的不同，目前成熟應(yīng)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(jià)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(dǎo)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(yán)格要求的領(lǐng)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(jī)械強(qiáng)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(yīng)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(jī)械強(qiáng)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(yīng)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(zhuǎn)化為穩(wěn)定的 β 相。高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷內(nèi) 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(dǎo)率。

一方面，AMB氮化硅基板具有較高的熱導(dǎo)率（>90W/mK），厚銅層（達(dá)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(fēng)力渦輪機(jī)、牽引系統(tǒng)和高壓直流傳動(dòng)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(shù)，可將非常厚的銅金屬（厚度可達(dá)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。客戶可自定義產(chǎn)品布局，這一點(diǎn)類似于PCB電路板。

3.3.2 AMB氮化硅基板具有低熱膨脹系數(shù)。

氮化硅陶瓷的熱膨脹系數(shù)（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(chǎn)品的生命周期中失效。

四， AMB陶瓷基板的可靠性分析

在設(shè)計(jì)新的電源模塊時(shí)，根據(jù)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(jī)械性能和可靠性進(jìn)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(shí)散出有關(guān)，陶瓷基板的熱學(xué)性能對于功率器件的可靠性十分關(guān)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(jié)構(gòu)等諸多關(guān)鍵因素。

4.1 影響AMB陶瓷基板可靠性指標(biāo)的制程因素和測試因素

4.2 影響AMB陶瓷基板機(jī)械應(yīng)力和熱沖擊分析方面分析

機(jī)械應(yīng)力分析：

1,陶瓷屬于脆性材料，在應(yīng)力條件下易產(chǎn)生疲勞斷裂

2,由于銅和陶瓷的CTE不匹配產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力

3,內(nèi)應(yīng)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(chǎn)生裂紋

5,dimple可起到熱應(yīng)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(zhuǎn)換時(shí)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(yán)苛；

4,一般來說，液體測試比氣體測試更嚴(yán)苛.

五，AMB陶瓷基板的應(yīng)用

與DBC陶瓷基板相比，AMB陶瓷基板具有更高的結(jié)合強(qiáng)度和冷熱循環(huán)特性。目前，隨著電力電子技術(shù)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(guān)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(yīng)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(dá)到5 000 次，可承載大于300 A 的電流，已用于電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域。特別是，該產(chǎn)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(shí)采用銅柱焊接實(shí)現(xiàn)垂直互聯(lián)，對IGBT 模塊小型化、高可靠性等要求有較好的促進(jìn)作用。

另外，在風(fēng)能、太陽能、熱泵、水電、生物質(zhì)能、綠色建筑、新能源裝備、電動(dòng)汽車、軌道交通等重要領(lǐng)域，AM陶瓷基板也開始得到越來越多的應(yīng)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(jīng)驗(yàn)，很多研發(fā)機(jī)構(gòu)、高校以及大企業(yè)上市公司都尋求合作，歡迎咨詢。