IGBT陶瓷襯板屬于新的工藝技術(shù)，其中AMB工藝技術(shù)的陶瓷襯板也逐步應(yīng)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(nèi)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(shù)的陶瓷基板能更好地解決上述痛點。

AMB陶瓷基板在IGBT中應(yīng)用的優(yōu)勢

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(jù)實現(xiàn)陶瓷基板覆銅后再刻蝕的不同工藝，當(dāng)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(yōu)，逐漸成為主流應(yīng)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(shù)是DBC（直接覆銅）工藝技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。AMB陶瓷基板利用含少量活性元素的活性金屬焊料實現(xiàn)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(xiàn)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(jié)合強(qiáng)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(shù)不同而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致銅層從陶瓷表面剝離，因此傳統(tǒng)的DBC陶瓷基板已經(jīng)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(shù)實現(xiàn)了氮化鋁和氮化硅陶瓷與銅片的覆接，相比DBC襯板有更優(yōu)的熱導(dǎo)率/銅層結(jié)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(yīng)用場景，逐步成為中高端IGBT模塊散熱電路板主要應(yīng)用類型，在汽車領(lǐng)域，還在航天、軌道交通、工業(yè)電網(wǎng)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。據(jù)資料顯示，意法半導(dǎo)體，比亞迪半導(dǎo)以及時代電氣都確定了AMB氮化硅基板上車的技術(shù)路線。

選用AMB-SiN陶瓷基板的優(yōu)勢在于：高熱導(dǎo)率、高載流能力以及低熱膨脹系數(shù)，其性能優(yōu)越有望成為IGBT和SiC功率器件基板應(yīng)用新趨勢。

AMB陶瓷基板市場發(fā)展

隨著SiCMOS開始供應(yīng)主驅(qū)逆變器，由于逆變器所需SiCMOS面積變大，對于陶瓷襯板的產(chǎn)能消耗量快速增長。碳化硅車型滲透率預(yù)計2024年快速提升，新能源汽車領(lǐng)域成為AMB陶瓷基板最大需求領(lǐng)域：全球碳化硅模塊用量最多的是特斯拉，Model3開始全系標(biāo)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(shè)50%滲透率下，預(yù)計2025年全球1000億IGBT/SIC市場對應(yīng)100億+的AMB陶瓷基板市場空間。IHS預(yù)計SiC功率器件市場規(guī)模有望2027年達(dá)到100億美元，SiCMOSFET使用基本都是AMB襯板，AMB襯板有望隨著SiCMOS規(guī)?；帕俊?/p>

AMB陶瓷基板憑借優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和抗彎強(qiáng)度，目前已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域大功率IGBT模塊封裝中開始使用，例如電網(wǎng)領(lǐng)域和動車領(lǐng)域。此外，以Si基為主的IGBT模塊在具有高導(dǎo)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(yè)級、車規(guī)級領(lǐng)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(lǐng)域放量，疊加工業(yè)、軍工和光伏領(lǐng)域需求持續(xù)增長，預(yù)計2027年全球AMB基板需求將達(dá)到90億元左右。

編輯：黃飛

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