AMB活性金属焊接陶瓷基板的性能及其应用

活性焊铜工艺（AMB）是DBC工艺技术的进一步发展，工作原理为：在钎焊电子浆料中加入少量的活性元素（Ti，Zr，V，Cr等），采用丝印技术印刷到陶瓷基板上，其上覆盖无氧铜后 ... 跳至内容 艾邦陶瓷展 AMB活性金属焊接陶瓷基板的性能及其应用 作者ab 8月11,2021 陶瓷 第三代半导体（氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化锌(ZnO)等）的崛起和发展推动了功率器件尤其是半导体器件不断走向大功率，小型化，集成化和多功能方面前进，对封装基板性能提升起到了很大的促进作用。

图源自网络 陶瓷基板也是陶瓷电路板在电子器件封装中得到广泛应用，主要是由于陶瓷基板具有高热导率、耐高温、较低的热膨胀系数、高的机械强度、耐腐蚀以及绝缘性好、抗辐射的优点。

扫描二维码即可加入陶瓷基板交流群 陶瓷基板按照工艺分有很多种，除了直接键合铜（DBC）法、直接电镀铜(DPC)法、激光活化金属(LAM)法、低温共烧陶瓷（LTCC）、高温共烧陶瓷（HTCC）之外，还有目前备受关注的AMB法技术，即活性金属钎焊技术。

 AMB陶瓷基板图源自网络 一、什么是活性金属钎焊技术？ AMB工艺流程图源自网络 活性焊铜工艺（AMB）是DBC工艺技术的进一步发展，工作原理为：在钎焊电子浆料中加入少量的活性元素（Ti，Zr，V，Cr等），采用丝印技术印刷到陶瓷基板上，其上覆盖无氧铜后放到真空钎焊炉内进行烧结，然后刻蚀出图形制作电路，最后再对表面图形进行化学镀。

使用AMB技术制备的陶瓷覆铜板结构如图下图所示。

AMB工艺的陶瓷覆铜板结构图 二、AMB陶瓷基板的技术特点 AMB技术是在DBC（直接覆铜法）技术的基础上发展而来的。

相比于传统的DBC基板，采用AMB工艺制备的陶瓷基板，不仅具有更高的热导率、更好的铜层结合力，而且还有热阻更小、可靠性更高等优势。

三、AMB陶瓷基板按材质分类 根据陶瓷材质的不同，目前成熟应用的AMB陶瓷基板可分为：氧化铝、氮化铝和氮化硅基板。

三种材料的部分性能对照表 3.1 AMB氧化铝基板     图源自网络 基于氧化铝板材来源广泛、成本最低，是当前性价比最高的AMB陶瓷基板，其工艺也最为成熟。

但由于氧化铝陶瓷的热导率低、散热能力有限，AMB氧化铝基板多用于功率密度不高且对可靠性没有严格要求的领域。

3.2AMB氮化铝基板 图源自网络 AMB基板具有较高的散热能力，从而更适用于一些高功率、大电流的工作环境。

但是由于机械强度相对较低，氮化铝AMB覆铜基板的高低温循环冲击寿命有限，从而限制了其应用范围。

氮化铝AMB基板具有较高的散热能力，从而更适用于一些高功率、大电流的工作环境。

但是由于机械强度相对较低，氮化铝AMB覆铜基板的高低温循环冲击寿命有限，从而限制了其应用范围。

3.2AMB氮化硅基板 图源自贺利氏官网 氮化硅陶瓷的热膨胀系数（2.4ppm/K）较小，与硅芯片（4ppm/K）接近；AMB氮化硅基板具有较高的热导率（>90W/mK）。

AMB-Si3N4基板结合的机械性能具有优异的耐高温性能、散热特性和超高的功率密度。

对于对高可靠性、散热以及局部放电有要求的汽车、风力涡轮机、牵引系统和高压直流传动装置等来说，AMB氮化硅基板可谓其首选的基板材料。

此外，载流能力较高，而且传热性也非常好。

  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冷热循环特性。

目前，随着电力电子技术的高速发展，高铁上的大功率器件控制模块对IGBT模块封装的关键材料——陶瓷覆铜板形成巨大需求，尤其是AMB基板逐渐成为主流应用。

图源自京瓷官网 日本京瓷采用活性金属焊接工艺制备出了氮化硅陶瓷覆铜基板，其耐温度循环（-40~125℃）达到5000次，可承载大于300A的电流，已用于电动汽车、航空航天等领域。

该产品采用活性金属焊接工艺将多层无氧铜与氮化硅陶瓷键合，同时采用铜柱焊接实现垂直互联，对IGBT模块小型化、高可靠性等要求有较好的促进作用。

另外，在大功率电力半导体模块、高频开关、风力发电、新能源汽车、动力机车、航空航天等应用领域取得了进展。

AMB基板是靠陶瓷与活性金属焊膏在高温下进行化学反应来实现结合，因此其结合强度更高，可靠性更好。

但是由于该方法成本较高、合适的焊料较少、焊料对于焊接的可靠性影响较大，只有少数美日中几家公司掌握了高可靠活性金属焊接技术。

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