近年來,隨著新能源行業(yè)的迅猛發(fā)展,半導(dǎo)體功率模塊得到了廣泛的應(yīng)用。功率模塊一般應(yīng)用在大功率大電壓環(huán)境中,相較于通常的電子應(yīng)用領(lǐng)域,其對載板的電流載流能力、絕緣耐壓能力、以及高效散熱能力有著更高的要求。而覆銅陶瓷基板的高載流、高耐壓、高散熱的特點,恰好滿足了功率模塊的應(yīng)用需求。
覆銅陶瓷基板按工藝分可以一般可分為DBC(Direct bonded copper直接覆銅陶瓷基板)、DPC(Direct plated copper,直接電鍍陶瓷基板)、AMB(Active metal brazing,活性金屬釬焊陶瓷基板)等。其中DBC和AMB覆銅陶瓷基板在半導(dǎo)體功率模塊中被大量應(yīng)用。
DBC陶瓷基板?
DBC陶瓷基板一般是在Al2O3陶瓷上直接覆銅。首先需要將銅箔(Cu)做氧化處理,然后將Al2O3陶瓷片和處理后的銅箔壓合,銅箔在1065°C形成CuO共晶相,進(jìn)而與Al2O3陶瓷片發(fā)生反應(yīng)生成CuAO2或Cu(AO2)2,實現(xiàn)銅箔與陶瓷間共晶鍵合。如果是AlN陶瓷,則需要預(yù)先在AlN陶瓷表面做氧化處理,生成Al2O3,再進(jìn)行覆銅。
其工藝流程如下圖所示。
得益于銅箔與陶瓷間共晶鍵合強度較高,DBC基板的銅厚一般可以做到100μm-600μm,同時陶瓷和銅具有良好的導(dǎo)熱性,DBC基板的熱穩(wěn)定性也很好,廣泛應(yīng)用于各種IGBT功率模塊、激光器(LD)和光伏(PV)等器件封裝散熱中。
AMB陶瓷基板 ?
AMB 陶瓷基板則是利用含少量活性元素的金屬釬焊料,將銅箔與陶瓷片間緊密焊接起來。AMB釬焊料中添加的少量活性元素具有高活性,可提高釬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)良好焊接。
其工藝流程如下圖所示。
通過釬焊實現(xiàn)陶瓷表面覆銅的AMB基板,相比DBC基板,其結(jié)合強度更高,可靠性也更好。AMB基板中的陶瓷一般是Si3N4陶瓷和AlN陶瓷,二者的導(dǎo)熱性能(Si3N4 AMB>80W/m·K, AlN AMB>170 W/m·K)遠(yuǎn)高于Al2O3 DBC(24W/m·K)。另外Si3N4 AMB還擁有出色的機械強度。
近年來,新能源汽車的爆發(fā)式發(fā)展,也帶來了車規(guī)功率模塊需求的快速增長。同時SiC功率器件也逐漸走向成熟,并開始大規(guī)模應(yīng)用,也推動著功率模塊的功率密度不斷地提高。因此也對封裝材料的散熱性能、機械強度、可靠性提出了更高的要求。AMB陶瓷基板,尤其是Si3N4 AMB 陶瓷基板很好地滿足了車規(guī)SiC功率模塊的性能需求。