點擊藍字 關注我們
本文我們將從各家企業產品角度盤點一下國內外陶瓷基板的技術進展和主要產品情況：
首先我們來快速認識一下陶瓷基板在模組封裝中，起到的關鍵性作用有哪些？
陶瓷基板在模塊封裝中扮演著至關重要的角色，其作用不僅限于提供物理支撐，還包括熱管理、電絕緣和結構完整性等多方面的功能：
功率半導體器件在運行過程中會產生大量熱量，陶瓷基板因其高熱導率能夠有效地將熱量從器件傳導到外部環境，從而維持器件在適宜的溫度范圍內工作。這對于提高器件的性能和延長其使用壽命至關重要。
陶瓷材料具有良好的電絕緣性能，陶瓷基板可以作為絕緣層，隔離電路中的不同電位，防止電氣短路和漏電，確保電路的安全穩定運行。
陶瓷基板為功率半導體器件提供了一個堅固的物理平臺，可以支撐器件的重量并保持其位置穩定。此外，基板還能夠承受封裝和使用過程中的各種機械應力，保護器件不受物理損傷。
陶瓷基板上可以設計和制造金屬線路，實現器件內部以及與其他電路的電氣連接。這些金屬線路可以作為導電路徑，連接器件的引腳或焊盤，實現電流的傳輸。
陶瓷基板的熱膨脹系數可以與半導體芯片材料相匹配，這有助于在溫度變化時減少由于熱膨脹不均勻而產生的應力，從而提高封裝的可靠性。
陶瓷基板具有良好的化學穩定性和耐腐蝕性，可以保護功率半導體器件免受環境因素（如濕度、化學物質等）的影響，確保器件的長期穩定運行。
隨著電子設備向小型化、高功率密度的發展趨勢，陶瓷基板的使用可以減少封裝體積，提高功率器件的功率密度，滿足緊湊型設計的需求。
陶瓷基板適用于多種先進的封裝技術，如三維集成電路封裝、芯片堆疊等，有助于實現更高性能、更小尺寸的電子模塊。
隨著新型產業的迅速發展，對高性能和高導熱陶瓷基板的需求日益增長。陶瓷基板在電子功率器件、半導體封裝等領域的應用前景廣闊，市場潛力巨大。
目前，主流的功率半導體模塊封裝主要還是用DBC（直接鍵合銅）陶瓷基板。DBC基板在電力電子模塊技術中，主要是作為各種芯片(IGBT芯片、Diode芯片、電阻、SiC芯片等)的承載體，DBC基板通過表面覆銅層完成芯片部分連接極或者連接面的連接，功能近似于PCB板，同時DBC基板還與散熱基板相連，最終把整個模塊的熱量散發出去；
直接鍵合銅(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定性。
AMB陶瓷基板的應用遷移
近年來，隨著車用等市場的爆發，碳化硅功率模塊的應用逐漸成熟，AMB逐漸成為電子電子模塊封裝的新趨勢。據悉，AMB的熱導率比DBC氧化鋁高3倍，且機械強度及機械性能更好，對比同樣封裝形勢下氧化鋁和碳化硅陶瓷基板功率模塊，使用過程中碳化硅熱阻降低約10%，提升輸出能力。
AMB陶瓷基板采用活性金屬焊料實現銅箔與陶瓷基片之間的鍵合，這種工藝可以在較低的溫度下進行，從而減少內部熱應力。與直接鍵合銅（DBC）基板相比，AMB基板具有更高的熱導率，能夠更有效地傳導和散發熱量，尤其在高溫、大功率的工作環境中表現更為出色。
AMB陶瓷基板的銅層與陶瓷基片之間的結合強度非常高，這得益于活性金屬焊料的使用，它能夠提供更強的金屬-陶瓷鍵合。這種強大的結合力提高了基板的結構完整性和耐久性，使其能夠在惡劣的工作條件下保持穩定性能。
AMB基板的制備過程中使用的活性金屬焊料允許在較低的溫度下實現鍵合，這意味著基板可以在高溫環境中工作而不失去其結構和功能。這種耐高溫性能對于需要在高溫下運行的電子設備尤為重要。
AMB陶瓷基板通常采用氮化硅（Si3N4）等材料，這些材料的熱膨脹系數較低，與硅芯片的熱膨脹系數接近，從而提供了良好的熱匹配性。這有助于減少由于溫度變化引起的熱應力，提高封裝的可靠性。
AMB陶瓷基板能夠承載較大的電流，這對于需要處理高電流的功率半導體器件尤為重要。厚銅層的使用進一步提高了基板的載流能力，使其適用于高功率、大電流的應用場景。
AMB陶瓷基板不僅具有優異的熱性能，還具有良好的機械性能，包括高強度和良好的抗沖擊性。這使得基板能夠在受到機械應力時保持穩定，適合用于需要高機械穩定性的應用。
AMB陶瓷基板適用于多種功率半導體器件，包括SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）等第三代半導體材料。這些材料在高頻、高溫、大功率的應用中具有顯著優勢，而AMB基板能夠滿足這些先進材料的封裝需求。
雖然AMB陶瓷基板的制備成本相對較高，但其在提高電子設備性能和可靠性方面的優勢使其具有長期的經濟效益。特別是在對性能和可靠性要求極高的應用中，AMB基板的成本效益更為明顯。
下述我們從產品角度來看看當前主流陶瓷基板廠商的主要產品情況和性能：
1.羅杰斯公司 (Rogers Corporation)
作為金屬化陶瓷和全系列DBC、AMB基板的制造商， 羅杰斯擁有眾多高性能的陶瓷基板產品。其中，curamik? Endurance解決方案是羅杰斯DBC基板家族中出色的一員，相較于其他帶dimple設計的基板，Endurance擁有顯著增強的可靠性（具體數據見下方柱狀圖）。
根據披露信息，羅杰斯AMB產品方案中，Si3N4?(90 W/mK)的高導熱率、厚銅層（高達 800 μm）提供的高熱容量和熱擴散使得 curamik 陶瓷基板在高功率電子器件中具有不可替代的地位。
AMB 技術提供了在相對較薄的 Si3N4 陶瓷上應用非常厚的銅金屬化（最多 0.8 毫米）。這提供了非常高的載流量和非常好的散熱。更適用于汽車電力電子等高可靠性需求的應用市場，也是羅杰斯服務當前碳化硅模組封裝市場的主要產品。
2.日本電化Denka (Denka Co., Ltd.)
電化Denka是一家日本公司，提供多種高性能材料，包括用于電子封裝的陶瓷基板。
DENKA表示，公司利用在氮化硼、氮化硅等精細陶瓷的開發中獲得的氮化和燒結技術，以及在HITT PLATE的開發中獲得的金屬基板制造技術，開發了AN PLATE。
DENKA AN PLATE 是一種基于氮化鋁的高導熱陶瓷基板，其導熱率是氧化鋁的數倍。該產品有多種等級可供選擇，主要作為需要高導熱率和抗電強度的功率模塊的陶瓷電路基板，包括標準型（150 W/mK）、高導熱型（180 W/mK）、高導熱型（180 W/mK）耐熱循環性高的可靠性型、厚型、耐電強度高的型。
DENKA稱，公司具備從原材料（AlN粉末）到銅鍵合的整體生產/控制系統使產品實現市場上最高的質量和性價比。
賀利氏方案還有一個有力的競爭點，公司開發的金屬陶瓷基板可以和賀利氏燒結、焊接和粘合解決方案優化的功能表面結合使用。更能滿足終端客戶對產品可靠性、熱性能和壽命的高要求。
AMB-Si 3 N 4基板結合了最佳的機械強度和出色的散熱性能，具有極高的功率密度。通過使用銀燒結、Die Top System (DTS ??) 和 Cu 鍵合技術可以實現最佳性能和可靠性。也能夠充分利用寬帶隙 (WBG) 半導體（SiC、GaN）的潛力。
如果視線轉向國內，近兩年來，國內市場在陶瓷基板方面精益良多，富樂華、博敏等公司在陶瓷基板國產替代上收獲頗豐。
江蘇富樂華半導體科技股份有限公司
公司成立于2018年，專業從事功率半導體覆銅陶瓷載板（AMB、DCB和DPC）的研發、制造、銷售。經過幾年發展，目前已經躋身陶瓷基板全球頭部企業。
目前富樂華主要有DCB陶瓷覆銅載板、AMB活性金屬釬焊載板、DPC薄銅覆銅基板三大主產品，其中，AMB活性金屬釬焊載板產能已位居全球第二。BYD、華為、特斯拉等行業龍頭企業在內的國內外主要電動汽車企業均應用了富樂華產品。
值得一提的是，去年富樂華公司實現銷售近17億元，其中AMB活性金屬釬焊基板銷售7億元，全部用于新能源汽車。近期發售的小米首款新車型SU7也應用了富樂華的AMB基板。
德匯的AMB基板有兩種陶瓷材料，AMB-Si3N4陶瓷覆銅電路板產品，可定制化根據客戶要求匹配不同的陶瓷厚度，Cu層厚度以及表面處理方式，熱導率在 25°C 溫度條件≥ 80 W/m*K；在 40°C - 400°C 溫度范圍下，CTE 為 2.5~3.1 ppm/K；抗彎強度方面，≥700MPa,具有更高的可靠性，適用于嚴苛的工況，同時可以釬焊0.8mm 以上的銅層，載流大，降低熱阻，另外，用戶可以通過選擇性鍍Ag表面處理，配套燒結Ag 工藝，完美適配SiC芯片。
AMB-AlN陶瓷覆銅板，主要成分為氮化鋁陶瓷，高導熱，熱導率在 25°C 溫度條件下≥ 170 W/m*K；在 40°C - 400°C 溫度范圍下，CTE 為 4.6~5.2 ppm/K，更適合高壓大功率電力電子器件應用，具備高絕緣性，高可靠性等優點，客戶可定制化，根據客戶要求匹配不同的陶瓷厚度，Cu層厚度以及表面處理方式。
國內市場還有諸多優質企業可提供AMB基板產品，如上海鎧琪科技有限公司、合肥圣達電子、南通威斯派爾半導體、南京中江新材料、豐鵬電子等公司，后續如有感興趣的朋友我們再一一展開介紹。
如上所說，AMB陶瓷基板是一種高性能的封裝材料，廣泛應用于功率器件、新能源汽車、軌道交通等領域。根據不同的陶瓷材料，AMB陶瓷基板可以分為以下幾種主要類型：
來源廣泛、成本較低：氧化鋁是一種常見的陶瓷材料，來源廣泛，成本相對較低，使得基于氧化鋁的AMB陶瓷基板具有很高的性價比。
成熟的工藝：由于氧化鋁材料的廣泛應用，其AMB工藝也相對成熟，制造過程較為穩定和可靠。
適用場景：盡管氧化鋁基板的熱導率相對較低，但其良好的電氣絕緣性和機械強度使其適用于功率密度不高且對可靠性要求不是特別高的領域。
高散熱能力：氮化鋁基板具有較高的熱導率，能夠提供更好的散熱性能，適用于高功率、大電流的工作環境。
機械強度限制：盡管氮化鋁基板的散熱性能優異，但其相對較低的機械強度限制了其在高低溫循環沖擊下的使用壽命，從而影響了其應用范圍。
應用領域：氮化鋁AMB基板適用于對散熱性能有較高要求的場合，如高功率電子器件的封裝。
熱膨脹系數匹配：氮化硅陶瓷的熱膨脹系數與硅芯片接近，這有助于減少熱應力，提高封裝的可靠性。
優異的耐高溫性能：氮化硅基板具有出色的耐高溫性能，適合在高溫環境下工作。
高熱導率和載流能力：AMB氮化硅基板不僅具有高熱導率，而且載流能力較高，傳熱性能好，適合用于功率密度高的場合。
首選材料：對于汽車、風力渦輪機、牽引系統和高壓直流傳動裝置等對高可靠性、散熱以及局部放電有嚴格要求的應用，AMB氮化硅基板是首選的基板材料。
AMB陶瓷基板的幾種材料各有特點，適用于不同的應用場景。在選擇AMB陶瓷基板時，需要根據具體的工作環境和性能要求來確定最合適的材料類型。
更多具體的AMB產業技術和產品應用等相關信息，我們將邀請行業領軍企業在6月份活動上跟大家分享！
會議開啟
?IPF?2024?第二屆
碳化硅功率器件制造與應用測試大會
暨化合物半導體產業高峰論壇?
往屆參會情況
往屆出席企業（部分）
掃碼填寫報名信息
*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，碳化硅芯觀察轉載僅為了傳達觀點，僅代表碳化硅芯觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系碳化硅芯觀察。
