第三代半導(dǎo)體（氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化鋅(ZnO)等）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(duì)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，主要是由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(guān)注的AMB法技術(shù)，即活性金屬釬焊技術(shù)。
活性焊銅工藝（AMB）是DBC工藝技術(shù)的進(jìn)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(shù)印刷到陶瓷基板上，其上覆蓋無(wú)氧銅后放到真空釬焊爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，然后刻蝕出圖形制作電路，最后再對(duì)表面圖形進(jìn)行化學(xué)鍍。使用AMB技術(shù)制備的陶瓷覆銅板結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。
二、AMB陶瓷基板的技術(shù)特點(diǎn)
AMB技術(shù)是在DBC（直接覆銅法）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)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(shì)。
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。
基于氧化鋁板材來(lái)源廣泛、成本最低，是當(dāng)前性價(jià)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(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(duì)可靠性沒(méi)有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域。
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(duì)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(duì)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。
圖源自賀利氏官網(wǎng)
氮化硅陶瓷的熱膨脹系數(shù)（2.4ppm/K）較小，與硅芯片（4ppm/K）接近；AMB氮化硅基板具有較高的熱導(dǎo)率（>90W/mK）。AMB-Si3N4基板結(jié)合的機(jī)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(duì)于對(duì)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(lái)說(shuō)，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。
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(duì)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5000次，可承載大于300A的電流，已用于電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域。該產(chǎn)品采用活性金屬焊接工藝將多層無(wú)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(duì)IGBT模塊小型化、高可靠性等要求有較好的促進(jìn)作用。
另外，在大功率電力半導(dǎo)體模塊、高頻開(kāi)關(guān)、風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車、動(dòng)力機(jī)車、航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域取得了進(jìn)展。
AMB基板是靠陶瓷與活性金屬焊膏在高溫下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)合，因此其結(jié)合強(qiáng)度更高，可靠性更好。但是由于該方法成本較高、合適的焊料較少、焊料對(duì)于焊接的可靠性影響較大，只有少數(shù)美日中幾家公司掌握了高可靠活性金屬焊接技術(shù)。
為了進(jìn)一步加強(qiáng)交流，艾邦建有陶瓷基板交流群，誠(chéng)邀陶瓷基板生產(chǎn)企業(yè)、設(shè)備、材料企業(yè)參與。目前群友包括：三環(huán)集團(tuán)、佳利電子、中電13所、45所、中瓷電子、福建華清、富樂(lè)德、艾森達(dá)、萊鼎、博敏電子、珠?；浛凭┤A、沃晟微等加入。
活動(dòng)推薦：
第二屆高端電子陶瓷MLCC、LTCC產(chǎn)業(yè)高峰論壇
2021年7月9日（周五）
深圳 觀瀾 格蘭云天酒店
|
時(shí)間
|
議題
|
演講單位
|
|
09:00-09:25
|
開(kāi)場(chǎng)介紹
|
艾邦智造 江耀貴 創(chuàng)始人
|
|
09:25-09:50
|
淺談MLCC未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
|
宇陽(yáng)科技 陳永學(xué) 戰(zhàn)略總監(jiān)
|
|
9:50-10:15
|
MLCC高端關(guān)鍵生產(chǎn)裝備國(guó)產(chǎn)化解決方案
|
宏華電子 梁國(guó)衡 副總工程師
|
|
10:15-10:40
|
茶歇
|
|
10:40-11:05
|
應(yīng)用于電子陶瓷領(lǐng)域的畢克產(chǎn)品介紹
|
畢克化學(xué) 王玉立 博士
|
|
11:05-11:30
|
淺談我國(guó)無(wú)源元器件的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
|
風(fēng)華高科 黃昆 LTCC事業(yè)部經(jīng)理/技術(shù)總監(jiān)
|
|
11:30-11:55
|
微波毫米波無(wú)源集成關(guān)鍵材料與技術(shù)
|
南方科技大學(xué)工學(xué)院黨委書(shū)記/副院長(zhǎng) 汪宏 教授
|
|
11:55-14:00
|
午餐
|
|
14:00-14:25
|
封接玻璃作用機(jī)理及在電子元器件應(yīng)用研究進(jìn)展
|
華東理工大學(xué) 曾惠丹 教授/博導(dǎo)
|
|
14:25-14:50
|
LTCC高頻低介電常數(shù)陶瓷生料帶
|
上海晶材新材料 汪九山 總經(jīng)理
|
|
14:50-15:15
|
稀土在先進(jìn)電子陶瓷電容材料中的研究進(jìn)展
|
晶世新材料 程佳吉 教授
|
|
15:15-15:40
|
高性能電容器材料的應(yīng)用研究
|
上海硅酸鹽研究所 陳學(xué)鋒 研究員/博士
|
|
15:40-16:05
|
茶歇
|
|
16:05-16:30
|
MLCC產(chǎn)品失效分析和檢測(cè)手段
|
深圳納科科技 段建林 總經(jīng)理
|
|
16:30-16:55
|
物理氣相法制備MLCC內(nèi)外電極金屬粉體
|
江蘇博遷新材料 江益龍 總經(jīng)理
|
|
16:55-17:20
|
如何提升LTCC激光開(kāi)孔效果對(duì)后段工藝良率影響
|
東莞盛雄激光 王耀波 高級(jí)項(xiàng)目總監(jiān)
|
|
17:20-17:45
|
MLCC在5G基站的應(yīng)用及可靠性評(píng)估方法
|
中興 楊航 材料技術(shù)質(zhì)量高級(jí)工程師
|
|
17:45-20:00
|
晚宴
|
點(diǎn)擊閱讀原文查看詳情
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦陶瓷展）：AMB活性金屬焊接陶瓷基板的性能及其應(yīng)用
