AMB陶瓷基板：高端IGBT模块基板的应用新趋势

转自：广州先进陶瓷展；作者：CAC2023

IGBT陶瓷衬板属于新的工艺技术，其中AMB工艺技术的陶瓷衬板也逐步应用于新能源汽车的IGBT模块上。IGBT散热对于功率模块的性能是非常重要的，目前国内的IGBT模块大部分还是采用DBC工艺，但随着工作电压、性能要求的不断提升，AMB工艺技术的陶瓷基板能更好地解决上述痛点。

AMB陶瓷基板在IGBT中应用的优势

按照基板材料划分主要为氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)和氮化硅(Si3N4)。根据实现陶瓷基板覆铜后再刻蚀的不同工艺，当前较普遍的陶瓷散热基板分为HTCC、LTCC、DBC、DPC、AMB等。AMB工艺因可靠性更优，逐渐成为主流应用。其中Al2O3陶瓷基板主要采用DBC工艺，AlN陶瓷基板主要采用DBC和AMB工艺，Si3N4陶瓷基板更多采用AMB工艺。

AMB（活性金属钎焊）工艺技术是DBC（直接覆铜）工艺技术的进一步发展。AMB陶瓷基板利用含少量活性元素的活性金属焊料实现铜箔与陶瓷基片间的焊接。活性焊料通过在普通金属焊料中添加Ti、Zr、Hf、V、Nb或Ta等稀土元素制备，由于稀土元素具有高活性，可提高焊料熔化后对陶瓷的润湿性，使陶瓷表面无需金属化就可与金属实现焊接。

目前IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板，原因在于DBC具有金属层厚度大（一般为100~600um），具有载流大、耐高温性能好及可靠性高的特点，结合强度高(热冲击性好)等特点。但是，DBC陶瓷基板在高温服役过程中，往往会因为铜和陶瓷之间的热膨胀系数不同而产生较大的热应力，从而导致铜层从陶瓷表面剥离，因此传统的DBC陶瓷基板已经难以满足高温、大功率、高散热、高可靠性的封装要求。

相比之下，AMB技术实现了氮化铝和氮化硅陶瓷与铜片的覆接，相比DBC衬板有更优的热导率/铜层结合力/可靠性等，可大幅提高陶瓷基板可靠性，更适合大功率大电流的应用场景，逐步成为中高端IGBT模块散热电路板主要应用类型，在汽车领域，还在航天、轨道交通、工业电网领域广泛应用。据资料显示，意法半导体，比亚迪半导以及时代电气都确定了AMB氮化硅基板上车的技术路线。

选用AMB-SiN陶瓷基板的优势在于：高热导率、高载流能力以及低热膨胀系数，其性能优越有望成为IGBT和SiC功率器件基板应用新趋势。

AMB陶瓷基板市场发展

随着SiCMOS开始供应主驱逆变器，由于逆变器所需SiCMOS面积变大，对于陶瓷衬板的产能消耗量快速增长。碳化硅车型渗透率预计2024年快速提升，新能源汽车领域成为AMB陶瓷基板最大需求领域：全球碳化硅模块用量最多的是特斯拉，Model3开始全系标配碳化硅MOSFET模块替代IGBT作为逆变器功率器件，碳化硅模块都必须采用AMB-氮化硅的陶瓷封装材料。

AMB陶瓷衬板在IGBT里面成本占比15-20%，假设50%渗透率下，预计2025年全球1000亿IGBT/SIC市场对应100亿+的AMB陶瓷基板市场空间。IHS预计SiC功率器件市场规模有望2027年达到100亿美元，SiCMOSFET使用基本都是AMB衬板，AMB衬板有望随着SiCMOS规模化而放量。

AMB陶瓷基板凭借优良的导热性能和抗弯强度，目前已经在工业领域大功率IGBT模块封装中开始使用，例如电网领域和动车领域。此外，以Si基为主的IGBT模块在具有高导热性、高可靠性、高功率等要求、对成本不敏感的轨道交通、工业级、车规级领域正逐渐采用AMB陶瓷衬板替代原有的DBC陶瓷衬板。如果考虑到新能源汽车领域放量，叠加工业、军工和光伏领域需求持续增长，预计2027年全球AMB基板需求将达到90亿元左右。

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