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什么是AMB陶瓷基板？
在了解AMB陶瓷基板之前，我們要先了解一下陶瓷覆銅基板。
陶瓷覆銅基板是在陶瓷基片上通過不同工藝實現(xiàn)銅板和陶瓷基片的鍵合，從而獲得一種兼具陶瓷和金屬銅優(yōu)點的復合金屬陶瓷基板，同時具有優(yōu)異的熱性能、電性能、力學性能以及易裝配等特點。陶瓷覆銅板可通過刻蝕形成各種布線電路，廣泛應用于功率模塊封裝中。陶瓷覆銅基板工藝主要有DBC法、活性金屬焊接（AMB）法、直接電鍍銅（DPC）法和激光火花金屬（LAM）法等。
DBC陶瓷基板是在1000℃以上的高溫條件下，在含氧的氮氣中加熱，使銅箔和陶瓷基板通過共晶鍵合的方式牢固結合在一起，其鍵合強度高且具有良好的導熱性和熱穩(wěn)定性。
DBC工藝流程圖
AMB陶瓷基板是DBC工藝的進一步發(fā)展，該工藝通過含有少量稀土元素的焊料來實現(xiàn)陶瓷基板與銅箔的連接，其鍵合強度高、可靠性好。該工藝相較于DBC工藝鍵合溫度低、易操作。
AMB工藝流程如下：首先，在潔凈的陶瓷基板上涂覆一層薄薄的焊料，隨后將銅箔貼合在焊料上并放置在800℃至950℃的真空環(huán)境下使焊料熔化，待焊料冷卻后即可形成穩(wěn)固的連接。接下來，通過濕法刻蝕技術制作金屬圖案以滿足大功率器件的電氣連接需求。AMB工藝具有設備工藝簡單、高可靠性、不受陶瓷基板限制等優(yōu)點，是在大功率器件的應用中最具發(fā)展?jié)摿Φ慕饘倩に嚒?/p>
鑒于常規(guī)金屬與陶瓷基板間的潤濕性較差，通常使用活性金屬焊料改善潤濕性以提高接頭強度。活性金屬焊料是指至少含有一種活性金屬元素的焊料，當前主要活性元素為Ti及鑭系元素。AMB工藝中常用的活性焊料主要包括Sn-Ag-Ti和Ag-Cu-Ti體系，其中Ti作為活性金屬增強焊料與陶瓷間的潤濕性，Sn和Ag則起到降低熔點以及提高接頭的導熱性能的作用。
AMB工藝流程圖
與傳統(tǒng)產品相比，AMB陶瓷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(xiàn)結合，因此其結合強度更高，可靠性更好。
AMB陶瓷載板的熱導率通常高于傳統(tǒng)的DBC陶瓷載板，能夠更有效地傳導和散發(fā)熱量。例如，氮化硅（Si3N4）基板的熱導率可以達到90W/（m·K）以上。此外，AMB陶瓷載板的機械強度高，能夠承受高機械應力，同時具有良好的抗熱沖擊性能，使其在溫度變化劇烈的環(huán)境中也能保持穩(wěn)定性能。除上述優(yōu)點以外，AMB陶瓷載板還能夠承受高電壓，適合對導熱和絕緣性能有嚴格要求的應用。
新能源汽車、軌道交通、風力發(fā)電、光伏、5G通信等對性能要求苛刻的電力電子及大功率電子模塊對AMB陶瓷覆銅板需求巨大。氮化硅AMB基板結合的機械性能具有優(yōu)異的耐高溫性能、散熱特性和超高的功率密度，使其成為汽車、風力渦輪機、牽引系統(tǒng)和高壓直流傳動裝置等領域的首選材料，
新能源大廠為何錨定AMB陶瓷基板？
這要先從碳化硅登上舞臺開始說起。
自2021年特斯拉宣布旗艦車型Model3搭載碳化硅功率器件后，碳化硅便開啟了急速上車之路。國內，比亞迪已在碳化硅方面取得重大技術突破，比亞迪漢、唐四驅等旗艦車型上已大批使用碳化硅模塊，蔚來旗下ET7、ES7、ES8、EC7等車型也已經用上碳化硅電驅系統(tǒng)，小鵬旗下G9亦采用了碳化硅器件。
為了實現(xiàn)超級快充，進一步提高充電功率、縮短充電時間，絕大多數(shù)的主流車企選擇高壓快充方案，將電壓平臺從400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，特別是800V高壓快充。
那么，伴隨新能源汽車技術向800V電壓平臺的轉型升級（如特斯拉Model3、比亞迪漢、蔚來ET7等），電壓的提升也就意味著電動汽車所有的高壓元器件及管理系統(tǒng)都要提高標準，“首當其沖”的就是主驅逆變器。
逆變器作為把直流電轉變成交流電的設備，若提高逆變器的支持電壓，則相應的充電時逆變器產生的熱量會變多，那么就需要解決逆變器中IGBT模塊的散熱問題，這是提高充電效率的關鍵問題。IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊作為電力電子設備中的關鍵部件，廣泛應用于新能源汽車領域。AMB陶瓷載板能夠提供優(yōu)異的散熱性能和高機械強度，確保IGBT模塊在高功率和高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運行。例如，日本京瓷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(xiàn)垂直互聯(lián)，其耐溫度循環(huán)（-40~125℃）達到5000次，可承載大于300A的電流，對IGBT模塊小型化、高可靠性等要求有較好的促進作用，已成功應用于電動汽車和航空航天領域。
在AMB陶瓷基板中，SiC最優(yōu)秀的合作伙伴自然是AMB-Si3N4基板。主驅逆變器功率模塊正逐步由硅基模塊轉向SiC模塊，也推動了AMB-Si3N4基板市場需求的持續(xù)增長。
Si3N4陶瓷具有更高的熱導率（商用產品的典型值在80到90W/mK），和氧化鋁基板或ZTA基板相比、擁有三倍以上的熱導率，熱膨脹系數(shù)（2.4ppm/K）較小，與半導體芯片（Si、SiC）接近，具有良好的熱匹配性。此外，氮化硅具有優(yōu)異的機械性能（兼顧高彎曲強度和高斷裂韌度，和氧化鋁基板或氮化鋁基板相比，約有兩倍以上的抗彎強度），因此具有極高的耐冷熱沖擊性（極高可靠性），可將非常厚的銅金屬（厚度可達800μm）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。
主驅逆變器選用AMB-Si3N4基板用于SiC功率模塊封裝，支持800V高壓平臺下＞500W/cm²的功率密度，熱阻低至0.5K/W，顯著降低芯片結溫（降幅達20℃）。如特斯拉Model3、比亞迪漢、蔚來ET7等等車型采用AMB-Si3N4基板。
800V高壓平臺在新能源汽車是大勢所趨，碳化硅搭上順風車一騎絕塵，AMB陶瓷基板憑借其優(yōu)異耐高溫性能、散熱特性、超高的功率密度和碳化硅絕妙搭配，自然會深受新能源汽車廠商的喜愛。
參考來源：
[1]陶瓷基板、百能云板、華夏氣候、中國粉體網、頂立科技
[2]黃富等，電子封裝陶瓷基板及其金屬化工藝
[3]陸琪等，陶瓷基板研究現(xiàn)狀及新進展
（中國粉體網編輯整理/山林）
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