陶瓷基板系列-AMB活性金属的性能及应用
氮化镓（GaN）等第三代半导体的兴起和发展碳化硅（SiC），推动了功率器件特别是半导体器件向更高功率、小型化、集成化、多功能化方向发展。这一进展极大地促进了封装基板性能的提升。陶瓷基板广泛应用于电子器件封装，因其具有高导热性、耐高温、热膨胀系数低、机械强度高、耐腐蚀、绝缘性好、耐辐射等优点而受到青睐。
陶瓷基板制造工艺有多种，包括直接键合铜（DBC）法、直接镀铜（DPC）法、激光活化金属化（LAM）法、低温共烧陶瓷（LTCC）、高温共烧陶瓷（HTCC），以及目前新兴的AMB方法，即活性金属钎焊（AMB）技术。
我。什么是活性金属钎焊 (AMB) 技术？
带工艺流程
活性金属钎焊 (AMB) 是 DBC 工艺的进步。它包括在钎焊电子膏中添加少量活性元素（例如Ti、Zr、V、Cr），然后使用丝网印刷技术将其印刷到陶瓷基板上。膏体上覆盖无氧铜，并在真空钎焊炉中烧结。之后，通过蚀刻形成电路，并对表面图案进行化学电镀。采用AMB技术制备的陶瓷覆铜板的结构如下图所示。
AMB工艺陶瓷覆铜板结构图
二.AMB与DBC的比较
1.DBC技术无需额外材料即可连接铜和陶瓷，而AMB则利用活性金属将铜钎焊到陶瓷上。
2.与DBC相比，AMB具有更好的导热性、耐热性、更高的强度和更高的可靠性。
3.DBC 不能用于将铜与氮化硅 (Si3N4) 接合，因为不会形成 Cu-Si-O 化合物。因此，需要AMB工艺来将氮化硅与铜键合。
三．AMB陶瓷基板按材料分类
根据陶瓷材料的不同，目前成熟的AMB陶瓷基板可分为氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）、氮化硅（Si3N4）三种类型。
3.1 氧化铝基板
AMB氧化铝基板来源广泛，成本最低，是性价比最高的AMB陶瓷基板。然而，由于其导热率低且散热能力有限，AMB氧化铝基板主要用于对可靠性要求不高的低功率密度应用。
3.2 氮化铝衬底
AMB氮化铝基板具有更高的散热能力，更适合大功率、大电流的工作环境。然而，它们的机械强度相对较低，限制了其应用范围，因为氮化铝AMB覆铜基板的高低温循环寿命有限。
3.3 使用氮化硅衬底
氮化硅陶瓷的热膨胀系数较小（2.4ppm/K），与半导体芯片材料（Si/SiC）相似。 AMB氮化硅基板具有高导热率（>90W/mK）和优异的机械性能，提供出色的耐高温、散热和超高功率密度。
AMB氮化硅基板是需要高可靠性、散热和抗局部放电的应用的首选，例如汽车、风力涡轮机系统、牵引系统和高压直流输电装置。此外，它们还具有高载流能力和优异的传热性能。
四． AMB陶瓷基板的应用
与DBC陶瓷基板相比，AMB陶瓷基板具有更高的结合强度和更好的热循环特性。根据可靠性测试，热循环测试（温度范围：-65℃至150℃，高低温保持时间：各15分钟，中间冷热切换不超过2分钟）表明，热循环次数为：Si3N4≥5000次； AlN≥1500倍； Al2O3≥500倍； ZTA（氧化锆增韧氧化铝）≥1000倍。
带基材通过陶瓷与活性金属钎料在高温下发生化学反应实现结合。因此，其键合强度和可靠性优异，适合轨道交通、新能源汽车、智能电网等领域的大功率半导体模块封装。
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