大電流IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊在工作時，會產生大量的熱。尤其是工作電流達到600A以上的IGBT模塊。類似功率模塊的封裝熱管理工藝中，考慮的目標是消除熱結。那么，需要在芯片底部和散熱器之間的熱通道建設盡量暢通。
銅基板具有良好的導熱能力，但銅的熱膨脹系數接近IGBT芯片的三倍，而且IGBT芯片陶瓷襯底的面積可高達50mmx60mm，這三倍的差異在低功率模塊封裝可用陶瓷覆銅板或多層陶瓷覆銅板來過渡解決。高功率模塊如果用銅基板去承載芯片襯底同時在下方接合散熱器的話，焊接的銅基板經受不住1000次熱循環，焊接外緣就會出現分層脫離。這種情況下，壓接方案相對可行。但壓接法制造出的模塊，如果長期在震動環境下使用，如軌道機車、電動汽車、飛機等，其可靠性會大幅下降。那么，如何牢固封裝高功率IGBT模塊，使其在震動、高溫、粉塵等環境下可使用呢？業界的辦法是采用AlSiC材料來制作IGBT基板。更多IGBT相關信息，請關注艾邦半導體網公眾號，通過底部菜單申請加入。
AlSiC的典型熱膨脹系數為7～9ppm/℃，參考芯片的6 ppm/℃，如果再加上芯片下面焊接的陶瓷覆銅板，那么三倍的差異就從本質上消除了。同時AlSiC材質的熱導率可高達200～235W/mK (25℃)，比鋁合金熱導率還高50%。英飛凌試驗證明，采用AlSiC材料制作的IGBT基板，經過上萬次熱循環，模塊工作良好如初，焊層完好。
AlSiC材料很輕，只有銅材的1/3，和鋁差不多，但抗彎強度卻和鋼材一樣好。這使其在抗震性能方面表現優秀，超過銅基板。因此，在高功率電子封裝方面，AlSiC材料以其獨特的高熱導、低熱膨脹系數和抗彎強度的結合優勢成為不可替代的材質。
今天我們就來了解一下AlSiC作為IGBT的底板還有性能特點及制備方法
1、AlSiC的性能特點
鋁碳化硅（AlSiC）是鋁基碳化硅顆粒增強復合材料的簡稱，又稱碳化硅鋁或鋁硅碳。鋁碳化硅早期應用于美軍機雷達芯片襯底，用于替代鎢銅；替代后散熱效果優異，并且使雷達整體減重10公斤，這使AlSiC材料得到了重視。
由于其獨特的優勢，使得AlSiC在IGBT底板應用的滲透率快速提升：
? AlSiC具有高導熱率（170～200W/mK），是一般封裝材料的十倍，可將芯片產生的熱量及時散發，提高整個元器件的可靠性和穩定性。
? AlSiC是復合材料，其熱膨脹系數等性能可通過改變其組成而加以調整，可調的熱膨脹系數（6.5～9.5×10-6/K），AlSiC的熱膨脹系數與半導體芯片和陶瓷基片實現良好的匹配，能夠防止疲勞失效的產生，甚至可以將功率芯片直接安裝到AlSiC底板上。
?? AlSiC很輕，只有銅材的1/3，和鋁差不多，但抗彎強度卻和鋼材一樣好。這使其在抗震性能方面表現優秀，超過銅底板。
? AlSiC的比剛度是所有電子材料中最高的，是鋁的3倍，是W-Cu和Kovar的5倍，是銅的25倍，另外AlSiC的抗震性比陶瓷好，因此是惡劣環境（震動較大，如航天、汽車等領域）下的首選材料。
? AlSiC可以大批量加工，但加工的工藝取決于碳化硅的含量，可以用電火花、金剛石、激光等加工。
? AlSiC可以鍍鎳、金、錫等，表面也可以進行陽極氧化處理。
??金屬化的陶瓷基片可以釬焊到鍍好的AlSiC底板上，用粘結劑、樹脂可以將印制電路板芯與AlSiC粘合。
? AlSiC本身具有較好的氣密性。但是，與金屬或陶瓷電子封裝后的氣密性取決于合適的鍍層和焊接。
?? AlSiC的物理性能及力學性能都是各向同性的。
2、AlSiC底板的制備方法
合理選擇制備工藝對復合材料的性能至關重要，在電子封裝中，SiC 體積占比為 55%~80%的 AlSiC才能滿足要求。AlSiC 基板的制備方法由SiC預制件制備和熔融鋁合金液浸滲兩步組成。
其中，SiC預制件的制備是制備AlSiC復合材料的首要也是最重要的環節。目前預制件的制備方法主要有模壓成型、美國AFT公司的粉末注射成形和美國CPC公司的Quickeset?注射成形技術。模壓成型法適用于一些結構簡單的構件，成型模具制造簡單、操作方便、周期短、無污染、效率高，便于實現自動化生產?，較適用于SiC預制件的制備。熔融鋁合金液浸滲方法主要有：擠壓鑄造、真空壓力浸滲、真空輔助壓力鑄造和無壓浸滲。
3、廠商介紹
2022 年全球鋁碳化硅材料市場規模為 10.89 億美元，預計 2028 年將達到29.60?億美元，預測期內復合年增長率為 18.1%。鋁碳化硅材料廠商主要有歐美，日本等企業，早期主要應用在航天航空，能源領域。國內大部分企業都2005年后成立，特別是在2019-2022年出現了比較多的創業公司，在此期間也有不少公司退出市場，或者已經不在活躍。下面我們列舉了國內外21家廠商供大家參考。歡迎加入艾邦IGBT產業微信群進行補充。
國外廠商
1.? CPS?Technologies
官網：https://cpstechnologysolutions.com/
CPS?Technologies 是為交通、能源、航空、國防以及石油和天然氣行業開發專有先進材料解決方案的行業領導者。我們的旗艦解決方案是尖端的金屬基復合材料?(MMC)，這是一類在導熱性、熱膨脹匹配、剛度和重量方面具有卓越性能的材料。在網站上也有一個視頻，歡迎大家打開視頻號觀看。
與傳統材料相比，這些基于 AlSiC 的產品提高了各種應用的性能和可靠性，包括氣密封裝、倒裝芯片蓋、IGBT 基板、液冷板等。
2.? 日本電化Denka
官網：https://www.denka.co.jp/chn/
DENKA ALSINK是由Al-SiC和陶瓷組成的鋁基復合材料（MMC），是一種具有低熱膨脹、高導熱、高強度、輕量化等特點的優良材料。最近，它作為陶瓷和金屬（如鋁和銅/鉬合金）的替代品而受到關注。Al-Al-SiC具有與氧化鋁（Al2O3）相近的熱膨脹系數和與氮化鋁（AIN）一樣高的導熱系數，最適合散熱應用。其物理性能可以通過選擇陶瓷的種類和含量來調整。它還可用于有效、高剛性、輕質結構構件。
用途：
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IGBT、二極管等需要高可靠性的功率模塊基板（散熱片）
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半導體和液晶面板制造設備的部件
3.? 日本精密陶瓷株式會社
官網：http://www.japan-fc.co.jp/cn/
日本精密陶瓷株式會社成立于1984年4月，業務內容包括結構陶瓷如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)；電子陶瓷如氧化鋁基板、Ceraflex??(氧化鋯薄板)、薄膜集成電路；金屬陶瓷復合材料（MMC）如Al／SiC復合材料、Al／Si復合材料、Si／SiC復合材料等。
4.? 斯坦福先進材料?(SAM)
官網：https://www.samaterials.com/
斯坦福先進材料公司是一家經驗豐富的供應商，為航空航天、技術、醫療、能源和眾多其他領域的主要行業參與者提供 3,000?多種先進材料。從研發階段到批量生產，我們完全有能力為任何規模的公司提供無與倫比的產品支持和客戶服務。近二十年的行業洞察力和全球供應鏈知識，確保您以具有競爭力的市場價格獲得優質材料。
5.? 美國DWA
官網：https://www.dwa-usa.com/
DWA Aluminium Composites USA, Inc. 是陶瓷顆粒增強、粉末冶金基鋁金屬基復合材料?( Al MMC )?的生產商。我們擁有設備齊全的批量生產制造工廠，可滿足日益增長的航空航天、國防和工業應用的嚴苛要求。擁有 40?多年的Al MMC 制造經驗憑借豐富的經驗，作為連續 20?名原材料和零件生產商，DWA-USA 唯一的重點是為其客戶提供最高品質的鋁和陶瓷顆粒增強組合物，以超越傳統的金屬和有機基復合材料。
6.? 美國TTC
官網：https://www.thermaltc.com/index.html
自 2004 年成立以來，Thermal Transfer Composites, LLC (TTC)?已迅速成為電子行業先進熱管理材料和解決方案的全球領導者之一。如今，TTC 生產的熱管理和結構產品適用于從電信衛星和軍事硬件到牽引車和下一代混合動力汽車和燃料電池汽車的高性能微處理器組件和 IGBT 功率轉換模塊等系統。
TTC 的增強型 Al/SiC 復合材料提供了獨特的性能組合，非常適合許多電子熱管理、封裝和結構應用。提供以下數據和信息以幫助您為您的應用選擇合適的材料。
注：Primex-Ultra 復合材料適用于要求熱導率超過 200 W/m?K、熱膨脹為 4 至 7 ppm/K、楊氏模量高達 350 GPa 的高性能應用。
7.? 美國Materion?
Materion 是一家先進材料供應商，通過其全資子公司，向全球市場提供精心設計的先進支持材料。產品包括貴重和非貴重特種金屬、無機化學品和粉末、特種涂料、特種工程鈹合金、鈹和鈹復合材料以及工程復合和電鍍金屬系統。總部位于俄亥俄州梅菲爾德高地，公司為 50?多個國家的客戶提供服務。它在各地設有運營、服務中心和主要辦公地點北美,歐洲和亞洲，在全球擁有約 3,000?名員工。2012年3月1日收購了航天金屬復合材料有限公司(AMC）。
我們的 SupremEX 系列金屬基復合材料?(MMC)?提供了傳統金屬和合金無法比擬的平衡性能組合。SupremEX MMC 更強、更硬、更輕，非常適合用于更廣泛的高要求應用，包括航空航天部件、商用和高性能汽車活塞、衛星結構和光學系統。SupremEX MMC 具有一系列 CTE 和良好的導熱性，適用于許多熱管理和電子封裝應用。
8.? 住友電工
官網：https://sumitomoelectric.com/products/al-sic
Ferrotec 的金屬基復合材料利用各種材料混合物來提供獨特的材料特性和性能特征。鋁-碳化硅金屬基復合材料的材料特性使其成為大尺寸產品的良好解決方案。Al-SiC 金屬基材料有助于減輕重量，并為機器人零件等高速和精確的設備運動應用提供出色的阻尼。
9.? 日本大和熱磁
官網：https://ceramics.ferrotec.com/materials/metal-matrix/al-sic/
Ferrotec 以鐵磁流體磁性液體和鐵磁流體?密封產品的技術核心為基礎，不斷發展壯大，以滿足客戶不斷變化的需求，為半導體原始設備制造商提供用于精密制造系統的先進陶瓷元件。在日本和中國擁有先進的陶瓷制造業務。
10.? 比亞迪電子
官網：https://electronics.byd.com/
比亞迪電子（國際）有限公司1995年成立于深圳，2007年于香港上市，是全球領先的平臺型高端制造企業。比亞迪電子在網站上有關于鋁基碳化硅陶瓷顆粒增強復合材料的介紹。
鋁基碳化硅陶瓷顆粒增強復合材料（Aluminum Matrix Silicon Carbide Reinforced Material），是一種新型金屬基陶瓷復合材料。
具有高熱導率（導熱率：>180W/Mk行業水平：160~170W/Mk）、
低熱膨脹系數（膨脹系數（可調）：8±1ppm/K（25℃-100℃）行業水平：7.5~7.7ppm/K）、
高彎曲強度（彎曲強度：320~360MPa行業水平：300~360MPa）
耐高功率（匹配高功率IGBT模塊：1200V， 800A）
11.? 上海鋁榮新材料有限公司
公司成立于2022年，業務涉及鋁基碳化硅復合材料（ALSiC）及其零部件的設計、開發、制造、銷售與服務，在航天、航空等高端應用領域及汽車、鐵路工業及民用設備領域應用與發展，致力于成為中國金屬基復合材料領域的領導者。
12.? 湖南浩威特科技發展有限公司
官網：http://www.harvestalsic.com/index.html
湖南浩威特科技發展有限公司位于中國湖南省會長沙望城國家級經濟技術開發區內，成立于 2007 年，始終致力于金屬基陶瓷復合?材料及器件生產、開發、銷售，是國家高新技術企業、湖南省新材料企業。主要產品為鋁基碳化硅復合材料，銅基金剛石復合材料以及纖維增強?金屬復合材料。???
現階段廠房占地 5000?平方米，設備 70?余臺（套）覆蓋鋁碳化硅復合材料全工序制造及檢驗。?公司擁有一支多年從事先進材料開發的技術團隊，擁有完全的自主知識產權。產品工藝技術先進，質量穩定，通過與客戶?充分的前期交流和溝通，滿足不同客戶的需要，并為客戶提供最優的材料設計與選擇。
13.? 西安明科微電子材料有限公司
西安明科微電子材料有限公司是西安市高新技術企業，成立于2004年4月，以開發研制新型微電子封裝材料——鋁碳化硅(AlSiC)及其系列產品為主營業務。西安明科微電子材料有限公司是中國名列前茅的金屬基復合材料企業，主要研發、制造和銷售第三代電子封裝材料鋁碳化硅（AlSiC）、銅碳化硅（CuSiC）。
鋁碳化硅材料采用凈成型技術，可加工成帶水流通道的Pin Fin基板，用以替代高膨脹系數的銅板，可大大改善功率模塊的可靠性。
14.? 常州富烯半導體材料科技有限公司
官網：https://www.fuxitech.com.cn/
常州富烯科技股份有限公司成立于2014年12月，是一家專注于石墨烯散熱材料、金屬基復合散熱材料研發、生產和銷售的高新技術企業。
公司產品應用于中高端智能手機、平板電腦等消費電子產品，以及筆記本電腦、智能可穿戴設備、ICT設備、航空航天、醫療器械等領域，并逐步向半導體封裝、新能源汽車等熱管理領域拓展。公司不斷提升核心技術和綜合競爭力，為客戶提供多元化的產品和全方位服務，致力于成為熱管理領域卓越的創新型企業。
鋁基碳化硅復合材料
15.? 珠海億特立新材料有限公司
珠海億特立新材料有限公司成立于2019年7月，坐落于珠海國家高新技術開發區，公司致力于新型陶瓷及其復合材料的研發、生產和表面處理。主營產品包含鋁碳化硅、碳化硅、鋁硅等新型電子散熱和高性能結構材料，涉及高鐵、新能源汽車、衛星和LED等軍工、航天、軌道交通和民用領域。公司擁有完整的材料設計和生產體系，與西安交通大學和華南理工大學進行產學研合作。
珠海億特立新材料有限公司是一家高新技術企業，坐落于珠海市國家高新技術開發區，致力于結構陶瓷、功能陶瓷及金屬-陶瓷復合材料技術研發與規模生產。公司與北京科技大學、鄭州大學、西安交通大學、華南理工大學、遼寧科技大學等院校建立了產學研合作，擁有三個全資子公司——西安朗賽精密機械有限公司、洛陽億特立新材料科技有限公司和珠海億特立電子技術有限公司。其中，西安朗賽精密機械有限公司為陜西省高新技術企業；洛陽億特立新材料科技有限公司生產車間超6000m2，擁有3條完備的陶瓷-金屬復合材料生產線，鋁碳化硅制品產能可達五十余萬件/年。公司已完成A輪融資，擁有相關專利/軟著40余項，多項技術處于行業領先。
16.? 上海微瞬半導體科技有限公司
官網：http://www.vssemi.com/
上海微瞬半導體科技有限公司成立于2020年，由海歸高管與高校團隊聯合創建，公司總部設于浦東康橋，生產基地位于江蘇無錫，擁有完整的復合材料制備產線、精密機加工車間、表面處理潔凈室以及產品性能實驗室，擁有足夠的能力可以協助客戶從產品設計、制造一直到產品測試閉環完成。
微瞬半導體專注于復合材料的研發生產及其在半導體制造領域的應用制造，憑借自身的技術優勢以及與國外公司多年的合作，目前可為客戶提供覆蓋大部分CVD、IMP以及RTP機臺的Handler、Heater、Source、Lamp house等部件及其更換配件。在大功率電子元器件的散熱應用領域，我們的產品也廣泛應用于微波器件封裝、電動汽車（EV / HEV）和高鐵的IGBT模組以及5G基站的PA芯片等。在精密儀器、核能設施、航空航天飛行器以及高端汽車零部件領域，我們的產品也有廣泛的應用。
鋁碳化硅應用領域
17.? 河南瀚銀光電科技股份有限公司
官網：https://www.hnhanyin.com/
河南瀚銀光電科技股份有限公司成立于2020年7月1日，坐落于河南省洛陽市伊濱區創新大廈，是一家集碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的研發、生產、加工、銷售、技術服務為一體的高科技企業，公司總占地面積3000㎡，現有員工50余人，年產能200噸。
目前市面上大部分應用于散熱基板的碳化硅鋁基復合材料導熱率均低于200W/m·K，且存在熱膨脹系數不匹配，已不能滿足未來高功率光電子器件的散熱需求。在我國企業為實現高精端裝備100%國產化的大背景下，現階段高性能碳化硅鋁基復合材料基板還是嚴重依賴進口，已成為我國急需的關鍵核心材料。
河南瀚銀光電科技股份有限公司經過多年的科研攻關，相繼突破傳統復合材料中致密度低、顆粒間熱阻大、鋁合金連通性差、有害界面產物多等技術瓶頸，所制造出的碳化硅鋁基復合材料熱導率最高可達240W/m·K。
形成了我國具有自主知識產權、貼有“中國標簽”的創新性新技術，并目實現了產業化，性能達到國際先進水平，有望解決我國高精端裝備對高性能碳化硅鋁基復合材料的“國產化”需求。
18.? 蘇州思萃熱控材料科技有限公司
官網：http://www.sitritec.com/
蘇州思萃熱控材料科技有限公司成立于2021年12月14日，坐落于蘇州市高新區，由蘇州市產業技術研究院、高新區管委會和思萃熱控技術團隊三方共建，總投資5000萬元，年產值約2億元。長期從事熱管理方案設計與新型材料成型加工研究，思萃熱控致力于新一代半導體、微電子熱管理方案的設計及封裝材料研發生產及銷售。
公司開發了多種金屬基復合材料產品：鋁碳化硅復合材料結構件、鋁碳化硅熱沉、鋁碳化硅IGBT基板、無氧銅蓋板、銅金剛石散熱片等產品，為微波器件、大功率器件、微電子器件等制造商提供專業的熱管理方案，廣泛應用于軌道交通、新能源汽車、航空航天等領域，是新代大功率電子器件散熱材料的優異選擇。
19.? 西安創正新材料有限公司
官網：http://www.mmc-alsic.com/
西安創正新材料有限公司于2015年4月成立，公司主營第三代西安創正新材料有限公司是一家致力于復合材料等新材料的研發、生產和銷售為一體的創新型高科技企業。公司擁有專業的技術團隊，力爭以先進的工藝技術、嚴格的質量管控、一流的性能水平、最高的性價比優勢服務客戶。
公司目前生產的主要材料有鋁碳化硅、鋁硅，可以根據客戶需求開發了多種產品，主要用于集成電路、功率模塊、軍用射頻電源的封裝散熱，以及航空航天機械零部件。
2020年西安創正新材料由北京寶航收購，成為其全資子公司。?主要提供 AlSiC 材料產品解決方案。
北京寶航新材料有限公司于2005年在北京成立，專業從事于金屬3D打印材料及制件、金屬基復合材料及制件的研發、生產、銷售及服務。寶航新材料于2015年由中國寶安集團（股票代碼：000009），成為其控股子公司。2018年1月，寶航新材料在南昌成立全資子公司江西寶航新材料有限公司，并在南昌高新區建設了新的生產基地。
20.? 西安法迪復合材料有限公司
官網：http://alsic-china.com/
西安法迪復合材料有限公司成立于2014年7月，是國內領先的鋁碳化硅（AlSiC，Al/SiC）、鋁硅、飛酷、鋁金剛石等陶瓷金屬復合材料產品生產商，公司擁有強勁的研發與產業化能力，自主研發的金屬基復合材料浸滲技術和產品凈成形技術全世界獨一無二，率先在國內實現日產千件無次品的記錄，產品各項指標達到或超過美、日產品，完全替代進口。
在熱管理領域（thermal management），法迪公司不但提供可控制熱膨脹系數同時達到鋁合金1.6倍熱導率的鋁碳化硅材料，而且有平面熱導率900W/mK以上用于快速消除熱結的產品。西安法迪復合材料有限公司憑借先進可靠的生產工藝、設備，快速反應的市場接口，良好的研發與轉化能力，在產品設計、交貨品質和交貨能力方面積累了良好的行業口碑。
鋁碳化硅（AlSiC）復合材料?IGBT基板
21.? 西安晶奕科技有限公司
官網：http://www.jym-alsic.com/
西安晶奕科技有限公司2021年誕生于具有“北方半導體之都”的西安，以新型第三代半導體封裝材料（ALSiC）及封裝開發、生產為一體的高科技企業。
原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：鋁基碳化硅（AlSiC）在IGBT上的應用及相關供應商
