中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來，小米、比亞迪、華為等企業(yè)的動(dòng)作從布局新能源汽車開始深入到AMB陶瓷基板上車的技術(shù)路線，隨著SiC模塊封裝環(huán)節(jié)率先放量，AMB也進(jìn)入需求爆發(fā)期。
AMB陶瓷覆銅板 來源：先藝電子
根據(jù)QY Research最新調(diào)研報(bào)告顯示，2022年全球AMB陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模大約為4.3億美元，預(yù)計(jì)2029年將達(dá)到28億美元，未來幾年年復(fù)合增長(zhǎng)率為26%。
全球AMB陶瓷基板市場(chǎng)總體規(guī)模(百萬美元)&(2018-2029)
來源：QY Research
在陶瓷覆銅工藝中，AMB工藝為利用含少量活性元素的活性金屬焊料實(shí)現(xiàn)銅箔與陶瓷基片的焊接，相較于DPC、DBC工藝，AMB陶瓷基板結(jié)合強(qiáng)度更高且更耐高溫，隨著高鐵、新能源汽車、光伏等領(lǐng)域?qū)τ陔妷旱燃?jí)的要求逐步提升，認(rèn)為未來AMB基板將逐漸成為主流，目前AMB工藝呈現(xiàn)較大增長(zhǎng)趨勢(shì)，也是各國(guó)研究熱點(diǎn)。
AMB工藝進(jìn)入高速發(fā)展期
從專利申請(qǐng)可以看出，AMB工藝發(fā)展趨勢(shì)可分為三個(gè)階段：萌芽期、第一發(fā)展階段和第二發(fā)展階段。
第一階段萌芽期：1970~1980年，申請(qǐng)量較少。
第二階段第一發(fā)展期：1981~2004年，AMB工藝全球申請(qǐng)大幅增加，1991年達(dá)到第一個(gè)頂峰。因?yàn)榈X、氮化硅、碳化硅陶瓷基板的大量開發(fā)推動(dòng)與之更適配的AMB覆銅工藝快速發(fā)展。
第三階段第二發(fā)展期：2005年至今。隨著電動(dòng)車、電力機(jī)車以及半導(dǎo)體照明、航空航天、衛(wèi)星通信的高速發(fā)展階段對(duì)半導(dǎo)體芯片的載體提出更高的要求，促進(jìn)性能更優(yōu)的AMB工藝再次進(jìn)入高速發(fā)展期。
陶瓷基板AMB覆銅工藝全球申請(qǐng)趨勢(shì)
各廠商“亮”技
從生產(chǎn)商來說，全球范圍內(nèi)，AMB陶瓷基板核心廠商主要包括羅杰斯、電化Denka、富樂華、比亞迪、Kyocera、東芝材料和賀利氏電子等等。
東芝
東芝AMB工藝技術(shù)發(fā)展路線圖
在焊料方面，主要是在Ag-Cu-Ti基礎(chǔ)焊料組成基礎(chǔ)上添加Sn、In降低熔點(diǎn)，添加碳調(diào)節(jié)焊料流動(dòng)性和接合層硬度、熱膨脹系數(shù)，添加第Ⅷ族過渡金屬如Co、Pd等，抑制了妨礙潤(rùn)濕性（接合性）的反應(yīng)生成物的過剩生成，添加Ti的化合物如氫化物、氧化物、氮化物等調(diào)節(jié)焊料性能，不加銀使得接合層生成多種配比的Cu-Sn合金及Cu-In合金緩解熱應(yīng)力。
在基板方面，2010年提出在氮化鋁晶粒的晶界處包含小尺寸稀土元素和鋁的復(fù)合氧化物晶粒并限定晶粒尺寸，獲得導(dǎo)熱系數(shù)為160~190W/（m·K）的氮化鋁基板，即使不進(jìn)行研磨，也能夠獲得超過500MPa的抗彎強(qiáng)度并提供具有優(yōu)異的接合強(qiáng)度（24kN/m）的電路基板。2012年提出在氧化鋁中加入低于0.5wt% 的鈉、硅、鐵的無機(jī)氧化物作為燒結(jié)助劑，使燒結(jié)性提高、燒結(jié)時(shí)間縮短從而大幅度降低成本，另外還能提高接合強(qiáng)度。
在銅板方面，提出了限定銅板表面和內(nèi)部晶粒尺寸以及銅板、陶瓷板的厚度比，通過控制銅板表面晶粒尺寸獲得了良好的潤(rùn)濕性、結(jié)合強(qiáng)度、耐冷熱循環(huán)性能（TCT）、對(duì)位精度和可靠性，通過控制內(nèi)部晶粒尺寸能夠使銅電路更精細(xì)化，TCT、結(jié)合強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度提高。
在結(jié)構(gòu)方面，其對(duì)接合層端部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，在2010年提出控制接合層突出部和非突出部中相分布差異實(shí)現(xiàn)減少熱膨脹差、緩和應(yīng)力、減少結(jié)合缺陷、提高TCT的目標(biāo)；隨后提出進(jìn)一步控制接合層突出部露出量、攀上量和金屬板界面內(nèi)角提升對(duì)位精度，緩和應(yīng)力，提高TCT；還對(duì)接合層顆粒、Ti元素分布進(jìn)行控制，改善潤(rùn)濕、提高結(jié)合強(qiáng)度。其他方面，其通過使金屬被膜覆蓋金屬板的側(cè)面和接合突出部提高散熱、TCT性能；通過控制表、背面金屬層厚度關(guān)系抑制基板翹曲。
在工藝方面，其采用連續(xù)爐控制升溫、冷卻速度和氣氛，提高了產(chǎn)能和結(jié)合質(zhì)量。
羅杰斯
羅杰斯是全球高頻覆銅板龍頭供應(yīng)商，對(duì)于陶瓷基片結(jié)合面的結(jié)構(gòu)是羅杰斯最早專注的改進(jìn)對(duì)象。
羅杰斯公司AMB工藝的專利技術(shù)路線
在焊料方面，羅杰斯在2016年提出通過軋制將活性金屬焊料包覆在金屬層上，將焊劑層的厚度減小到小于12μm，尤其減小到小于7μm，極大提高了復(fù)合材料承受機(jī)械負(fù)荷以及熱負(fù)荷的能力并且成本便宜，此外該方法能夠整面地覆蓋焊劑帶。2018年，提出無銀焊料，實(shí)現(xiàn)降低成本并且避免銀遷移。
在工藝方面，羅杰斯采用AMB工藝替代DBC工藝進(jìn)行上表面金屬層鍵合從而簡(jiǎn)化后續(xù)刻蝕減薄、通過在銅板上設(shè)置凹部使之與陶瓷基片選擇性結(jié)合，然后在未結(jié)合部位斷裂基片從而高效地實(shí)現(xiàn)具有側(cè)向凸出于陶瓷層的金屬層的基板、通過借助于熱等靜壓將金屬子層連結(jié)到陶瓷元件上構(gòu)成金屬陶瓷基板，將金屬成功地、盡可能無氣孔地、節(jié)省能量且工藝安全地連結(jié)到陶瓷上，即從結(jié)合工藝優(yōu)化、制備流程優(yōu)化到加壓容器優(yōu)化方面實(shí)現(xiàn)工藝過程的改進(jìn)。
在基板方面，在2013年提出了通過優(yōu)化氧化鋁基板組成和晶粒尺寸改進(jìn)熱導(dǎo)率，陶瓷層具有大于25W/mK的熱導(dǎo)率，因此可根據(jù)應(yīng)用情況將金屬化層的層厚度減小至0.05mm；并通過增加二氧化鋯的四角形晶體結(jié)構(gòu)和從陶瓷中析出玻璃相帶來熱導(dǎo)性的改進(jìn)。
在銅板方面，2018年其提出將兩層具有不同晶粒尺寸的銅層層疊起來作為銅層可以有效減少熱應(yīng)力，提高覆銅基板的耐冷熱循環(huán)性能。
富樂華
富樂華半導(dǎo)體由上海申和投資有限公司控股（上海申和投資有限公司是日本磁性流體技術(shù)控股有限公司Ferrotec的全資子公司），專業(yè)從事半導(dǎo)體功率模塊覆銅陶瓷基板（AMB、DCB 和 DPC）研發(fā)、制造、銷售。富樂華最早期的專利是通過轉(zhuǎn)讓獲得的其控股公司在華相關(guān)有效專利。
通過不斷改進(jìn)，2022年富樂華提出了在陶瓷基板表面制備鋁金屬化層并通過陽極氧化獲得氧化層，然后再進(jìn)行后續(xù)AMB工藝的方法，獲得了CuAl陽極氧化層-陶瓷-Al陽極氧化層的結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的覆銅陶瓷基板基礎(chǔ)上引入高強(qiáng)度鍵合的絕緣鋁陽極氧化層，提高了產(chǎn)品的高壓絕緣可靠性。
在焊料方面，AMB焊料中Ag-Cu-Ti基為主流，其中Ti，Zr，Hf，V，Nb和Ta形成與陶瓷基板的良好潤(rùn)濕、反應(yīng)性，提供結(jié)合強(qiáng)度的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)
此外，隨著性能發(fā)展達(dá)到一定高點(diǎn)開始尋求低成本焊料，發(fā)展出降低稀有金屬，Cu-7P-15Sn-10Ni（熔點(diǎn)580℃），Sn-Cu（230℃）和Sn-0.7Cu-P-0.03Ni（220℃）基無銀釬料，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多類型粉末混合、粒徑分布設(shè)計(jì)和焊料多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好結(jié)合強(qiáng)度、耐熱循環(huán)性能。
小結(jié)
從國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)人專利申請(qǐng)量排名看，日本在陶瓷基板AMB覆銅工藝研究方面實(shí)力強(qiáng)勁，且體現(xiàn)了高度的技術(shù)集中，具有多家頭部企業(yè)。國(guó)內(nèi)起步較晚，目前呈現(xiàn)出小而散的局勢(shì)，但處于快速的追趕階段，在市場(chǎng)和政策的多重驅(qū)動(dòng)下，通過專利讓、收購(gòu)、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勁頭，進(jìn)一步加大投入增強(qiáng)創(chuàng)新勢(shì)在必行。
AMB覆銅陶瓷基板關(guān)注的核心問題是結(jié)合強(qiáng)度和耐冷熱循環(huán)性能，焊料成分、配比、接合溫度、時(shí)間、預(yù)處理工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等影響界面潤(rùn)濕（空洞）、反應(yīng)（脆性金屬間化合物、反應(yīng)層結(jié)構(gòu)）和殘余應(yīng)力（端面形狀、元素分布、熱膨脹系數(shù)匹配），進(jìn)而決定最終界面結(jié)合強(qiáng)度、耐熱循環(huán)（TCT）、導(dǎo)熱/散熱性能等。整體上看，國(guó)外專利尤其是日本專利技術(shù)細(xì)節(jié)介紹比較詳細(xì)。國(guó)內(nèi)在核心的焊料、工藝參數(shù)方面研究較為薄弱，未來還需要進(jìn)一步圍繞焊料等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行突破。
來源：
崔皎潔等：陶瓷基板AMB覆銅技術(shù)專利現(xiàn)狀
QY Research
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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