AMB陶瓷基板为SiC模块带来什么
新能源汽车是全球汽车产业转型升级的主要方向。随着新能源产业的快速发展，功率器件呈现出向大功率、小型化、集成化方向发展的确定性趋势。
相比硅(Si)而言，碳化硅(SiC)的禁带宽度是硅的3倍，热导率为硅的4-5倍，击穿电压为硅的8-10倍，电子饱和漂移速率为硅的2-3倍。因此，碳化硅是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料，灵活应用于新能源汽车、光伏、工控等领域。其中，受益新能源汽车的持续放量，碳化硅功率器件市场正在快速增长。
国内外车企都深谙800V高压快充是里程焦虑的“破局者”之道，而“SiC+800V”这套组合拳在现在看来势在必行。国内如比亚迪汉EV、蔚来ET7、小鹏G9、吉利Smart精灵等量产车型均有搭载碳化硅器件，集微咨询预测到2025年800V碳化硅的方案渗透率超过15%。尽管有硅基IGBT的潜在分流，碳化硅产业发展趋势难“开倒车”。
01
碳化硅的核心优势
一是耐高压特性，其更低的阻抗、禁带宽度更宽，能承受更大的电流和电压，带来更小尺寸的产品设计和更高的效率。
二是耐高频特性，SiC器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，能有效提高元件的开关速度(大约是Si的3-10倍)，适用于更高频率和更快的开关速度。
三是耐高温特性，SiC相较硅拥有更高的热导率，能在更高温度下工作。
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02
碳化硅功率模块的封装要求
目前SiC模块的设计方向是结构紧凑，通过采用双面银烧结和铜线键合技术，以及氮化硅AMB陶瓷基板、用于液冷型铜基PinFin板、多信号监控的感应端子设计，努力往低损耗、高阻断电压、低导通电阻、高电流密度、高可靠性等方向努力。
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在相同功率等级下SiC功率模块较Si基功率模块在体积上大幅降低，SiC模块需要在更高温度下工作，从而对散热的提出了更高的要求。
03
SiC上车提速，AMB获快速发展
目前IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板，DBC陶瓷基板是通过共晶键合法制备而成，铜和陶瓷之间没有粘结材料，在高温服役过程中，往往会因为铜和陶瓷(Al2O3或AlN)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SiC功率模块封装要求。
AMB陶瓷基板结构示意
DBC与AMB的区别
AMB技术(活性金属钎焊)实现了氮化铝和氮化硅陶瓷与铜片的覆接，可大幅提高陶瓷基板可靠性。其中，Si3N4-AMB基板已逐步成为SiC和中高端IGBT模块散热电路板的首选。
04
AMB能够为SiC带来什么?
● 高热导率、高载流能力：
Si3N4-AMB陶瓷基板热导率高于90W/mk，厚铜层具有较高热容量以及传热性，同时AMB工艺可将厚铜金属(800μm)焊接到相对较薄的氮化硅陶瓷上，形成高载流能力。
从以上参数来看，氮化硅(Si3N4)的机械强度及可靠性最好，热导率是氧化铝(Al2O3)的3倍以上。虽然氮化硅(Si3N4)的热导率低于氮化铝(AlN)，但由于其具有更好的机械性能，可通过降低厚度来实现与氮化铝同等的热阻水平。分析如下。
热阻公式：R=L/(λA)
式中：R为热阻;L为材料在热量通过方向的长度(或厚度);λ为材料的热导率;A为材料在热量通过方向的横截面积。
氮化硅热导率不及氮化铝，但是综合性能依然最好的原因：材料热阻不仅和热导率有关，也和L和A有关。假设氮化硅和氮化铝基板的横截面积相同，当氮化硅的厚度减小到氮化铝一半时，热阻便和氮化铝一样。并且因为氮化硅基板优异的断裂韧性和抗弯强度(几乎都是氮化铝的两倍)，适当降低氮化硅陶瓷基板厚度并不会影响其服役可靠性。
● 低热膨胀系数：
Si3N4-AMB陶瓷基板中，氮化硅的热膨胀系数为3ppm/K，与半导体芯片(SiC、Si)接近，具有良好的热匹配性，适用于裸芯片的可靠封装。
● 高可靠性：
氮化硅AMB陶瓷基板具有很高的可靠性。一方面，氮化硅陶瓷基板相较于氧化铝、氮化铝在机械性能上具有较大优势，另一方面，AMB工艺提升其铜/陶瓷界面层的结合强度，助力冷热循环冲击性能脱颖而出，相关性能对比图如下。
图源艾邦半导体网
05
AMB逐渐成为功率半导体模块封装新趋势
据了解，目前在AMB领域，比较领先的企业主要来自欧、日、韩，如德国的罗杰斯(Rogers Corporation)、贺利氏科技集团，日本的同和控股(DOWA)、碍子株式会社(NGK)、电化株式会社(Denka)、京瓷株式会社(KYOCERA Corporation)、东芝高新材料公司，韩国的KCC集团、AMOGREENTECH等。
不过受制于AMB技术门槛较高，本土供应链聚焦AMB技术方案的企业尚不多，目前国内很大部分需求由国际企业来满足。在国际企业积极扩产之时，本土也涌现出了一批AMB基板生产商，如比亚迪、富乐华半导体、德汇电子、博敏电子、威斯派尔半导体、漠石科技、精瓷半导体、大商电子、丰鹏电子等。
据了解，AMB基板对SiC的配套优势明显，产业链也看到了这一机遇，有业内人士分析，至2025年国内新能源汽车AMB市场规模有望超过60亿元，此外在光伏、风电、轨道交通等领域，也对AMB有着巨大需求，可预见市场规模超100亿级。
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