直接覆銅（DBC）和活性金屬釬焊（AMB）基板面市以來已經有40年時間。這兩項工藝均大大推動了功率模塊在市場上的接受度和普及度。羅杰斯公司憑借curamik?產品方案走在研發最前沿。而何種基板創新能應對新一代功率模塊帶來的挑戰成為未來十年的關鍵問題。設想一下，基板領域的下一次技術飛躍會是什么樣子？

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新型陶瓷材料

在生產DBC和AMB基板的先進陶瓷材料中，氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）和氮化硅（Si3N4）是最受歡迎的選擇。先進的陶瓷材料具有介電強度好、熔點高和耐化學腐蝕性強等優勢。因此，即使在惡劣條件下，它們也可以作為絕緣體在電力電子領域得到廣泛應用。但是，盡管可以用于目前最先進的功率模塊，但這類材料自身的熱性能和機械性能的局限性限制了通過提高能量密度來維持或延長模塊的使用壽命。陶瓷材料領域需要通過新的研發在熱性能和機械性能方面取得突破，才有可能改變行業格局。目前，羅杰斯的電力電子解決方案 (PES) 團隊正與長期戰略供應商一起探索各種不同的方案選擇。

銅層加厚

憑借優越的導電性和導熱性，銅是公認的陶瓷基板金屬化的理想材料。持續增強的能量密度、載流能力和可靠性等要求使銅材料在市場上得到廣泛應用。此外，銅還具有原料易得、價格相對低廉及持久耐用等優勢。

通常，銅的厚度范圍為127微米至800微米。但是，模塊制造商正試圖突破半導體和封裝技術的極限，以期在現有或更小面積的基礎上進一步提高輸出功率。最終的成果將是開發出銅層厚度大于1毫米的基板。鑒于此類材料的各向同性特點，濕法化學刻蝕將不再適用于厚銅層的圖案化，因為這種方法會導致銅導體之間的溝槽變寬，而客戶需要縮小溝槽以減少模塊的占用面積。為此，必須開發出專門的結構處理技術縮小縫隙，打造豎直側邊和盡可能小的溝槽寬度。

新型復雜結構

目前的DBC和AMB基板采用簡易單層結構，通常呈矩形。需要加大設計自由度，采用緊湊結構組裝小型快速開關半導體芯片。作為最新研發的兩大工藝，芯片嵌入和雙面冷卻突出了更復雜結構的必要性。銅金屬化中的鏤空和銅材料表面的小凸起均是推動新的芯片貼裝技術發展的典型結構。但是，要做到這一點，需要專業的銅圖案化和結構處理技術。

弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer institute）的一項研究表明，多層結構經證明也是一種有效方法。層間互連是開發多層結構的關鍵技術和基礎。這種結構的優點是能在芯片背面和周邊環境之間打通一條便捷的導熱通道并與每個開關單元的門極、集電極和發射極接觸區實現低電感連接。

集成

從廣義上說，羅杰斯旨在提供能夠真正減少麻煩，并最大程度地提高電力電子價值鏈收益的解決方案，集成提供了一種可能性。

只要能將基板、底板和散熱底板智能地集中在一個組件中，就可以改善散熱性、可靠性和成本效益，因為模塊制造商和最終用戶都希望減少組裝步驟和連接層數。基板與硬母排（或柔性印刷電路板）集成連接后可以大大降低門極和換相環路中的寄生電感。甚至電容器等無源組件或整個冷卻系統也可以集成到基板上。

但是，集成通常涉及到思考模式的轉移。集成度越高，意味著風險更大，因為在產量損失相同的情況下，報廢成本變得更為重要。此外，并非任一集成就能奏效，要想制定最佳策略，對必須對工藝和價值鏈進行透徹分析。

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來源：羅杰斯

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