AMB陶瓷基板：功率模块散热衬板的技术演进

IGBT陶瓷衬板属于较新的工艺技术，其中AMB工艺陶瓷衬板正逐步应用于新能源汽车的IGBT模块。IGBT散热对功率模块性能十分重要，目前国内IGBT模块大部分仍采用DBC工艺，但随着工作电压和性能要求不断提升，AMB工艺陶瓷基板能更好地解决相关痛点。

按基板材料划分主要有氧化铝（Al₂O₃）、氮化铝（AlN）和氮化硅（Si₃N₄）。根据覆铜后刻蚀工艺不同，常见陶瓷散热基板分为HTCC、LTCC、DBC、DPC、AMB等。其中Al₂O₃基板主要采用DBC工艺，AlN基板主要采用DBC和AMB工艺，Si₃N₄基板更多采用AMB工艺。

AMB（活性金属钎焊）工艺是DBC（直接覆铜）工艺的进一步发展。AMB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等元素制备。由于这些元素活性较高，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即可与金属焊接。目前IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板，原因在于DBC金属层厚度大（一般100至600 μm），载流大、耐高温性能好、可靠性高。但DBC在高温服役过程中，铜和陶瓷热膨胀系数差异会产生较大热应力，可能导致铜层从陶瓷表面剥离，传统DBC基板已难以满足高温、大功率、高散热、高可靠性的封装要求。

从技术演进看，陶瓷基板金属化经历了从厚膜、钼锰金属化到DBC直接覆铜、AMB活性金属钎焊的发展过程。AMB通过活性焊料中的钛、锆等元素与陶瓷表面反应，实现铜箔与陶瓷的牢固结合，结合强度高、热循环可靠性好，适用于大功率模块的反复热冲击工况。氮化硅AMB基板凭借高强度和良好的热循环寿命，成为车规级IGBT模块的主流选择之一。

在工艺控制方面，AMB基板制造涉及陶瓷表面处理、焊料浆料印刷、叠层装配、真空钎焊和焊后检测等环节。真空钎焊的温度曲线、真空度和升温速率需精确控制，避免焊料氧化和空洞产生；铜箔厚度与陶瓷厚度的匹配影响基板的翘曲和热阻。超声波扫描、剪切强度和热循环测试是常用的可靠性验证手段。

从应用看，AMB基板用于IGBT功率模块、SiC器件封装、轨道交通变流器和光伏逆变器等领域，对散热能力和可靠性要求较高。随着新能源汽车电驱功率密度提升和碳化硅器件上量，AMB基板的需求增长较快，相关真空钎焊装备的市场空间也在扩大。

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，在热导率、铜层结合力、可靠性等方面优于DBC衬板，更适合大功率大电流应用场景，逐步成为中高要求IGBT模块散热电路板的主要类型，在汽车、航天、轨道交通、工业电网等领域广泛应用。据资料显示，意法半导体、比亚迪半导体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。

从市场发展看，随着SiC MOSFET开始供应主驱逆变器，所需SiC MOS面积变大，陶瓷衬板消耗量快速增长。碳化硅车型渗透率预计2024年快速提升，新能源汽车成为AMB陶瓷基板需求较大的领域。全球碳化硅模块用量较多的特斯拉从Model 3开始全系标配碳化硅MOSFET模块替代IGBT，碳化硅模块都需采用AMB氮化硅陶瓷封装材料。AMB陶瓷衬板在IGBT中成本占比15%至20%，假设50%渗透率下，预计2025年全球1000亿元IGBT/SiC市场对应100亿元以上的AMB陶瓷基板市场空间。IHS预计SiC功率器件市场规模2027年有望达100亿美元，SiC MOSFET基本都使用AMB衬板。AMB陶瓷基板凭借优良导热性能和抗弯强度，已在工业领域大功率IGBT模块封装中开始使用。考虑到新能源汽车放量叠加工业、军工和光伏领域需求增长，预计2027年全球AMB基板需求将达90亿元左右。

散热构件的批量制造可依托液冷板配套工艺与真空钎焊炉，兼顾密封性与生产效率。