AMB陶瓷基板的性能特點

金瑞欣陶瓷基板 · 發(fā)表于 2021-3-25 16:58:08

第三代半導(dǎo)體的崛起和發(fā)展推動了功率器件尤其是半導(dǎo)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(yīng)用主要是緣于陶瓷基板具有高熱導(dǎo)率、耐高溫、較低的熱膨脹系數(shù)、高的機械強度、耐腐蝕以及絕緣性好、抗輻射的優(yōu)點。

陶瓷基板工藝有很多種，除了DPC、DBC、HTCC、LTCC之外，還有目前備受關(guān)注的AMB（Active Metal Bonding）技術(shù)，即活性金屬釬焊技術(shù)。

一，什么是活性金屬釬焊技術(shù)？

AMB技術(shù)是指，在800℃左右的高溫下，含有活性元素Ti、Zr的AgCu焊料在陶瓷和金屬的界面潤濕并反應(yīng)，從而實現(xiàn)陶瓷與金屬異質(zhì)鍵合的一種工藝技術(shù)。AMB陶瓷基板，一般是這樣制作的：首先通過絲網(wǎng)印刷法在陶瓷板材的表面涂覆上活性金屬焊料，再與無氧銅層裝夾，在真空釬焊爐中進行高溫焊接，然后刻蝕出圖形制作電路，最后再對表面圖形進行化學(xué)鍍。

二，AMB陶瓷基板的技術(shù)特點

AMB技術(shù)是在DBC（Direct Bonding Copper，直接覆銅法）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。相比于傳統(tǒng)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(dǎo)率、更好的銅層結(jié)合力，而且還有熱阻更小、可靠性更高等優(yōu)勢。

三， AMB陶瓷基板按材質(zhì)分類

根據(jù)陶瓷材質(zhì)的不同，目前成熟應(yīng)用的AMB陶瓷基板可分為：氧化鋁、氮化鋁和氮化硅基板。

3.1 AMB氧化鋁基板

相對地，氧化鋁板材來源廣泛、成本最低，是性價比最高的AMB陶瓷基板，工藝最為成熟。但由于氧化鋁陶瓷的熱導(dǎo)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(lǐng)域。

3.2 AMB氮化鋁基氮化鋁板

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(huán)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(huán)沖擊壽命有限，從而限制了其應(yīng)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(huán)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(huán)沖擊壽命有限，從而限制了其應(yīng)用范圍。

3.3 AMB氮化硅基板

氮化硅陶瓷，具有 α-Si3N4和β-Si3N4兩種晶型，其中α 相為非穩(wěn)定相，在高溫下易轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的 β 相。高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷內(nèi) β 相的含量一般大于40%。憑借氮化硅陶瓷的優(yōu)異特性，AMB氮化硅基板有著優(yōu)異的耐高溫性能、抗腐蝕性和抗氧化性。

3.3.1 AMB氮化硅基板具有高熱導(dǎo)率。

一方面，AMB氮化硅基板具有較高的熱導(dǎo)率（>90W/mK），厚銅層（達800μm）還具有較高熱容量以及傳熱性。因此，對于對高可靠性、散熱以及局部放電有要求的汽車、風(fēng)力渦輪機、牽引系統(tǒng)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。

另一方面，活性金屬釬焊技術(shù)，可將非常厚的銅金屬（厚度可達0.8mm）焊接到相對較薄的氮化硅陶瓷上。因此，載流能力較高，而且傳熱性也非常好。客戶可自定義產(chǎn)品布局，這一點類似于PCB電路板。

3.3.2 AMB氮化硅基板具有低熱膨脹系數(shù)。

氮化硅陶瓷的熱膨脹系數(shù)（2.4 ppm/K）較小，與硅芯片（4 ppm/K）接近，具有良好的熱匹配性。因此，AMB氮化硅基板，非常適用于裸芯片的可靠封裝，封裝后的組件不容易在產(chǎn)品的生命周期中失效。@陶瓷封裝