中國粉體網(wǎng)訊  近日,，博敏電子在互動平臺表示,，公司IGBT陶瓷基板屬于新的AMB工藝技術(shù),，對比DBC，AMB更具導熱性,、耐熱性,、耐沖擊。公司配合車廠進行國產(chǎn)化替代,，該陶瓷基板也逐步應用于新能源汽車的IGBT模塊上,。

散熱和可靠性是IGBT必須解決的關(guān)鍵問題

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是在金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）和雙極晶體管的基礎上發(fā)展起來的一種新型復合功率器件，具有輸入阻抗大,、驅(qū)動功率小,、開關(guān)速度快、工作頻率高、飽和壓降低,、安全工作區(qū)大和可耐高電壓和大電流等一系列優(yōu)點,，大規(guī)模應用于電動汽車、電力機車里的電機驅(qū)動以及并網(wǎng)技術(shù),、儲能電站,、工業(yè)領(lǐng)域的高壓大電流場合的交直流電轉(zhuǎn)換和變頻控制等領(lǐng)域，是電力電子領(lǐng)域中最重要的大功率器件,，是綠色經(jīng)濟的核“芯”,。

但由于IGBT技術(shù)門檻較高，國內(nèi)芯片和封裝技術(shù)一直沒有獲得很好的突破,，導致國內(nèi)IGBT市場一直被歐美日等企業(yè)所壟斷,。當今國際上IGBT模塊技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第五代，除了芯片技術(shù)外,，封裝技術(shù)也非常關(guān)鍵,，新的封裝材料和新的封裝技術(shù)層出不窮。對于軌道交通,、電動汽車用的高壓,、大電流、高功率IGBT模塊來說,，散熱和可靠性是其必須解決的關(guān)鍵問題,。

DBC陶瓷基板

直接鍵合銅(DBC)陶瓷基板是在1000℃以上的高溫條件下，在含氧的氮氣中加熱,，使銅箔和陶瓷基板通過共晶鍵合的方式牢固結(jié)合在一起,，其鍵合強度高且具有良好的導熱性和熱穩(wěn)定性。

2018年,，王彩霞等人在預氧化溫度為600℃,、時間1h、氧分壓為5×10^-4MPa的條件下,，在銅箔表面獲得了致密且均勻的Cu₂O薄膜,，該薄膜與基體銅緊密結(jié)合，有效提高了DBC基板的結(jié)合性能,。

DBC陶瓷基板制備工藝流程

DBC具有導熱性好,、絕緣性強、可靠性高等優(yōu)點,，已廣泛應用于IGBT,、LD和CPV封裝。DBC缺點在于,，其利用了高溫下Cu與Al₂O₃間的共晶反應,，對設備和工藝控制要求較高,，基板成本較高；由于Al₂O₃與Cu層間容易產(chǎn)生微氣孔,，降低了產(chǎn)品抗熱沖擊性,；由于銅箔在高溫下容易翹曲變形，因此DBC表面銅箔厚度一般大于100m,；同時由于采用化學腐蝕工藝,，DBC基板圖形的最小線寬一般大于100m。

AMB陶瓷基板

活性金屬焊接(AMB)陶瓷基板利用含少量活性元素的活性金屬焊料實現(xiàn)銅箔與陶瓷基片間的焊接,。活性焊料通過在普通金屬焊料中添加Ti,、Zr,、Hf、V,、Nb或Ta等稀土元素制備,，由于稀土元素具有高活性，可提高焊料熔化后對陶瓷的潤濕性,，使陶瓷表面無需金屬化就可與金屬實現(xiàn)焊接,。

AMB陶瓷基板產(chǎn)品及其(b)截面圖

AMB基板制備技術(shù)是DBC基板工藝的改進(DBC基板制備中銅箔與陶瓷在高溫下直接鍵合，而AMB基板采用活性焊料實現(xiàn)銅箔與陶瓷基片間鍵合),，通過選用活性焊料可降低鍵合溫度(低于800°C),，進而降低陶瓷基板內(nèi)部熱應力。

此外,，AMB基板依靠活性焊料與陶瓷發(fā)生化學反應實現(xiàn)鍵合,，因此結(jié)合強度高，可靠性好,。但是該方法成本較高,，合適的活性焊料較少，且焊料成分與工藝對焊接質(zhì)量影響較大,，目前只有少數(shù)國外企業(yè)掌握了AMB基板量產(chǎn)技術(shù),。

涉及到的陶瓷材料

目前，已作為陶瓷覆銅板基板材料共有三種陶瓷,，分別是氧化鋁陶瓷基板,、氮化鋁陶瓷基板和氮化硅陶瓷基板。氧化鋁基陶瓷基板是最常用的陶瓷基板,，由于它具有好的絕緣性,、好的化學穩(wěn)定性、好的力學性能和低的價格,，但由于氧化鋁陶瓷基片低的熱導率,、與硅的熱膨脹系數(shù)匹配不好,。作為高功率模塊封裝材料，氧化鋁材料的應用前景不容樂觀,。

氮化鋁基板具有高的熱導率和與硅,、碳化硅材料相匹配的熱膨脹系數(shù)，是較為理想的陶瓷基板材料,。目前,，氮化鋁陶瓷基板已經(jīng)成為高端功率模塊的首選陶瓷基板材料。然而,，無論是氧化鋁還是氮化鋁陶瓷基板,，其抗彎強度和斷裂韌性都相對較低，導致焊接無氧銅后在熱循環(huán)過程中易于開裂,，影響整個功率模塊的可靠性,。

陶瓷覆銅基板的物理性能

氮化硅陶瓷具有2.4倍于氧化鋁和氮化鋁的抗彎強度，因此具有比氮化鋁高得多的可靠性,，尤其是高強度可以實現(xiàn)其與厚銅基板的覆接,，大幅提高基板的熱性能。

同時,，β-Si3N4陶瓷具有潛在的較高熱導率（200～320W/ｍ·K）,，但是其微觀結(jié)構(gòu)更為復雜，對聲子的散射較大,，故熱導率較低,，限制了其作為功率模塊基板材料的應用。因此,，目前更多的研究關(guān)注于如何提高氮化硅陶瓷的熱導率,。

小結(jié)

由于DBC陶瓷基板制備工藝溫度高，金屬與陶瓷界面應力大,，因此AMB技術(shù)越來越受到業(yè)界關(guān)注,，特別是采用低溫活性焊料。博敏電子表示,，目前國內(nèi)的IGBT模塊大部分還是采用DBC工藝,，隨著工作電壓、性能要求的不斷提升,，AMB工藝技術(shù)的陶瓷基板能更好地解決上述痛點,，目前該技術(shù)不僅在汽車領(lǐng)域，還在航天,、軌道交通,、工業(yè)電網(wǎng)領(lǐng)域廣泛應用。

此外,，制備活性焊料是AMB基板制備關(guān)鍵技術(shù),，博敏電子自研的釬焊料具備更高可靠的性能,，可達到1000次冷熱沖擊測試，滿足航空航天的性能要求,。相比于DBC工藝的陶瓷襯板,，具備更高的導熱性、可靠性,，產(chǎn)品可廣泛應用于IGBT功率半導體,。

參考來源：

[1]程浩等.電子封裝陶瓷基板

[2]陸琪等.陶瓷基板研究現(xiàn)狀及新進展

[3]趙東亮等.功率模塊用陶瓷覆銅基板研究進展