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              AMB陶瓷基板:高端IGBT模塊基板的應用新趨勢

              發布時間:2023-06-25

              IGBT陶瓷襯板屬于新的工藝技術,其中AMB工藝技術的陶瓷襯板也逐步應用于新能源汽車的IGBT模塊上。IGBT散熱對于功率模塊的性能是非常重要的,目前國內的IGBT模塊大部分還是采用DBC工藝,但隨著工作電壓、性能要求的不斷提升,AMB工藝技術的陶瓷基板能更好地解決上述痛點。
                按照基板材料劃分主要為氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和氮化硅(Si3N4)。根據實現陶瓷基板覆銅后再刻蝕的不同工藝,當前較普遍的陶瓷散熱基板分為HTCC、LTCC、DBC、DPC、AMB等。AMB工藝因可靠性更優,逐漸成為主流應用。其中Al2O3陶瓷基板主要采用DBC工藝,AlN陶瓷基板主要采用DBC和AMB工藝,Si3N4陶瓷基板更多采用AMB工藝。
                AMB(活性金屬釬焊)工藝技術是DBC(直接覆銅)工藝技術的進一步發展。AMB陶瓷基板利用含少量活性元素的活性金屬焊料實現銅箔與陶瓷基片間的焊接?;钚院噶贤ㄟ^在普通金屬焊料中添加Ti、Zr、Hf、V、Nb或Ta等稀土元素制備,由于稀土元素具有高活性,可提高焊料熔化后對陶瓷的潤濕性,使陶瓷表面無需金屬化就可與金屬實現焊接。
                目前IGBT封裝主要采用DBC陶瓷基板,原因在于DBC具有金屬層厚度大(一般為100~600um),具有載流大、耐高溫性能好及可靠性高的特點,結合強度高(熱沖擊性好)等特點。但是,DBC陶瓷基板在高溫服役過程中,往往會因為銅和陶瓷之間的熱膨脹系數不同而產生較大的熱應力,從而導致銅層從陶瓷表面剝離,因此傳統的DBC陶瓷基板已經難以滿足高溫、大功率、高散熱、高可靠性的封裝要求。
                相比之下,AMB技術實現了氮化鋁和氮化硅陶瓷與銅片的覆接,相比DBC襯板有更優的熱導率/銅層結合力/可靠性等,可大幅提高陶瓷基板可靠性,更適合大功率大電流的應用場景,逐步成為中高端IGBT模塊散熱電路板主要應用類型,在汽車領域,還在航天、軌道交通、工業電網領域廣泛應用。據資料顯示,意法半導體,比亞迪半導以及時代電氣都確定了AMB氮化硅基板上車的技術路線。
                選用AMB-SiN陶瓷基板的優勢在于:高熱導率、高載流能力以及低熱膨脹系數,其性能優越有望成為IGBT和SiC功率器件基板應用新趨勢。
                隨著SiCMOS開始供應主驅逆變器,由于逆變器所需SiCMOS面積變大,對于陶瓷襯板的產能消耗量快速增長。碳化硅車型滲透率預計2024年快速提升,新能源汽車領域成為AMB陶瓷基板最大需求領域:全球碳化硅模塊用量最多的是特斯拉,Model3開始全系標配碳化硅MOSFET模塊替代IGBT作為逆變器功率器件,碳化硅模塊都必須采用AMB-氮化硅的陶瓷封裝材料。
                AMB陶瓷襯板在IGBT里面成本占比15-20%,假設50%滲透率下,預計2025年全球1000億IGBT/SIC市場對應100億+的AMB陶瓷基板市場空間。IHS預計SiC功率器件市場規模有望2027年達到100億美元,SiCMOSFET使用基本都是AMB襯板,AMB襯板有望隨著SiCMOS規?;帕?。
                AMB陶瓷基板憑借優良的導熱性能和抗彎強度,目前已經在工業領域大功率IGBT模塊封裝中開始使用,例如電網領域和動車領域。此外,以Si基為主的IGBT模塊在具有高導熱性、高可靠性、高功率等要求、對成本不敏感的軌道交通、工業級、車規級領域正逐漸采用AMB陶瓷襯板替代原有的DBC陶瓷襯板。如果考慮到新能源汽車領域放量,疊加工業、軍工和光伏領域需求持續增長,預計2027年全球AMB基板需求將達到90億元左右。

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