第三代半導體（氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化鋅(ZnO)等）的崛起和發展推動了功率器件尤其是半導體器件不斷走向大功率，小型化，集成化和多功能方面前進，對封裝基板性能提升起到了很大的促進作用。陶瓷基板也是陶瓷電路板在電子器件封裝中得到廣泛應用，主要是由于陶瓷基板具有高熱導率、耐高溫、較低的熱膨脹系數、高的機械強度、耐腐蝕以及絕緣性好、抗輻射的優點。
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，還有目前備受關注的AMB法技術，即活性金屬釬焊技術。
活性焊銅工藝（AMB）是DBC工藝技術的進一步發展，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），采用絲印技術印刷到陶瓷基板上，其上覆蓋無氧銅后放到真空釬焊爐內進行燒結，然后刻蝕出圖形制作電路，最后再對表面圖形進行化學鍍。使用AMB技術制備的陶瓷覆銅板結構如圖下圖所示。
AMB技術是在DBC（直接覆銅法）技術的基礎上發展而來的。相比于傳統的DBC基板，采用AMB工藝制備的陶瓷基板，不僅具有更高的熱導率、更好的銅層結合力，而且還有熱阻更小、可靠性更高等優勢。根據陶瓷材質的不同，目前成熟應用的AMB陶瓷基板可分為：氧化鋁、氮化鋁和氮化硅基板。
基于氧化鋁板材來源廣泛、成本最低，是當前性價比最高的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格要求的領域。
AMB基板具有較高的散熱能力，從而更適用于一些高功率、大電流的工作環境。但是由于機械強度相對較低，氮化鋁AMB覆銅基板的高低溫循環沖擊壽命有限，從而限制了其應用范圍。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、大電流的工作環境。但是由于機械強度相對較低，氮化鋁AMB覆銅基板的高低溫循環沖擊壽命有限，從而限制了其應用范圍。
圖源自賀利氏官網
氮化硅陶瓷的熱膨脹系數（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率（>90W/mK）。AMB-Si3N4基板結合的機械性能具有優異的耐高溫性能、散熱特性和超高的功率密度。對于對高可靠性、散熱以及局部放電有要求的汽車、風力渦輪機、牽引系統和高壓直流傳動裝置等來說，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合強度和冷熱循環特性。目前，隨著電力電子技術的高速發展，高鐵上的大功率器件控制模塊對IGBT模塊封裝的關鍵材料——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（-40~125℃）達到5000次，可承載大于300A的電流，已用于電動汽車、航空航天等領域。該產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，同時采用銅柱焊接實現垂直互聯，對IGBT模塊小型化、高可靠性等要求有較好的促進作用。另外，在大功率電力半導體模塊、高頻開關、風力發電、新能源汽車、動力機車、航空航天等應用領域取得了進展。AMB基板是靠陶瓷與活性金屬焊膏在高溫下進行化學反應來實現結合，因此其結合強度更高，可靠性更好。但是由于該方法成本較高、合適的焊料較少、焊料對于焊接的可靠性影響較大，只有少數美日中幾家公司掌握了高可靠活性金屬焊接技術。
為了進一步加強交流，艾邦建有陶瓷基板交流群，誠邀陶瓷基板生產企業、設備、材料企業參與。目前群友包括：三環集團、佳利電子、中電13所、45所、中瓷電子、福建華清、富樂德、艾森達、萊鼎、博敏電子、珠海粵科京華、沃晟微等加入。
活動推薦：
第二屆高端電子陶瓷MLCC、LTCC產業高峰論壇
2021年7月9日（周五）
深圳 觀瀾 格蘭云天酒店
時間 | 議題 | 演講單位 |
09:00-09:25 | 開場介紹 | 艾邦智造 江耀貴 創始人 |
09:25-09:50 | 淺談MLCC未來發展趨勢 | 宇陽科技 陳永學 戰略總監 |
9:50-10:15 | MLCC高端關鍵生產裝備國產化解決方案 | 宏華電子 梁國衡 副總工程師 |
10:15-10:40 | 茶歇 |
10:40-11:05 | 應用于電子陶瓷領域的畢克產品介紹 | 畢克化學 王玉立 博士 |
11:05-11:30 | 淺談我國無源元器件的機遇與挑戰 | 風華高科 黃昆 LTCC事業部經理/技術總監 |
11:30-11:55 | 微波毫米波無源集成關鍵材料與技術 | 南方科技大學工學院黨委書記/副院長 汪宏 教授 |
11:55-14:00 | 午餐 |
14:00-14:25 | 封接玻璃作用機理及在電子元器件應用研究進展 | 華東理工大學 曾惠丹 教授/博導 |
14:25-14:50 | LTCC高頻低介電常數陶瓷生料帶 | 上海晶材新材料 汪九山 總經理 |
14:50-15:15 | 稀土在先進電子陶瓷電容材料中的研究進展 | 晶世新材料 程佳吉 教授 |
15:15-15:40 | 高性能電容器材料的應用研究 | 上海硅酸鹽研究所 陳學鋒 研究員/博士 |
15:40-16:05 | 茶歇 |
16:05-16:30 | MLCC產品失效分析和檢測手段 | 深圳納科科技 段建林 總經理 |
16:30-16:55 | 物理氣相法制備MLCC內外電極金屬粉體 | 江蘇博遷新材料 江益龍 總經理 |
16:55-17:20 | 如何提升LTCC激光開孔效果對后段工藝良率影響 | 東莞盛雄激光 王耀波 高級項目總監 |
17:20-17:45 | MLCC在5G基站的應用及可靠性評估方法 | 中興 楊航 材料技術質量高級工程師 |
17:45-20:00 | 晚宴
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原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：AMB活性金屬焊接陶瓷基板的性能及其應用
