贺利氏材料创新助力功率电子高质量发展

辛玢玢 Robin.xin@heraeus.com

为了应对环境污染，实现绿色可持续发展目标，作为清洁能源的电力成为世界各国关注的焦点，能源利用电气化成为发展的方向。在电力应用领域中，实现能源控制与转换的大功率电子器件当之无愧是的核心部件之一。随着功率模块器件不断朝着高功率密度、高工作温度方向快速发展，具备更高可靠性的活性金属钎焊氮化硅覆铜陶瓷基板已成为行业热门选择。

基于贺利氏活性金属钎焊（AMB）覆铜氮化硅陶瓷基板的测试样品

活性金属钎焊氮化硅覆铜陶瓷基板行业内一般简称为AMB（Active Metal Brazed）基板，指的是通过活性金属钎焊实现铜和氮化硅陶瓷连接，通过蚀刻减铜实现定制化铜箔图案的电路基板，不仅为功率电子元器件提供支撑并实现电气连接，更为模块热管理做出重要贡献。AMB基板作为功率模块的重要基础部件，成本占比不高，但是面临复杂严苛的生产和使用条件，行业对其高质量、稳定性提出了越来越高的要求。

AMB基板主要是三明治结构：上、下层铜通过钎焊附着于陶瓷，上层铜负责连接承载电子元器件，下层铜负责连接散热器件。不同于一般工业领域熟知的PCB（印刷电路板，尽管他们功能原理上非常相似）、数控机加工件、钣金折弯件、磨具注塑等加工体系成熟的工业零部件，AMB基板生产流程和加工方式更复杂、涉及细节更多，其重点和难点主要在陶瓷材料、钎焊工艺、蚀刻和表面处理三个方面。

活性金属钎焊（AMB）覆铜氮化硅陶瓷基板断面结构示意图

氮化硅陶瓷

作为AMB基板的绝缘层材料，氮化硅陶瓷有着优异的导热率和绝缘性能，其高强度、高韧性、耐高温、可靠性高等优异的综合热力学性能成为先进功率电子模块首选。但是氮化硅陶瓷的生产需要严格的工艺条件控制，氮化硅基板晶粒和晶界的数量关系、孔隙率（致密度）、微缺陷控制、原材料要求和工艺洁净度都对最终产品有着重要的影响。贺利氏与陶瓷材料供应商通力合作，采用得到广泛验证的产品作为原材料，订立严格的产品标准。同时贺利氏也在工厂内部建立质量管控如SAT扫描和高压ISO测试等措施，为有需要的客户进一步降低可能存在的风险。

钎焊连接技术

钎焊是一种古老的连接技术，陶瓷和金属连接的关键在钎焊。由于陶瓷和金属的物理化学性质差异大陶瓷和金属钎料难以润湿，钎焊过程中利用钎料中的活性金属元素（Ti、Zr、Ta、Nb、V、Hf 等）和陶瓷母材界面反应，通过金属性反应物实现焊料合金与陶瓷结合的同时提高陶瓷表面润湿特性。焊料合金和铜层母材金属形成合金，通过金属键紧密连接起来，从而最终达到铜和陶瓷结合的效果。

传统的Ag-Cu-Ti钎焊料中往往含银量可达60%，对用户而言是一个不小的成本负担，而贺利氏基于其创新的独有技术，突破性地实现了无银钎焊料钎焊工艺，从而强化了AMB基板的成本优势并且避免了银迁移风险。

贺利氏推出的Condura®.ultra无银活性金属钎焊（AMB）覆铜氮化硅陶瓷基板

蚀刻和表面处理

蚀刻是借助物理化学手段选择性移除铜的过程。在工业领域如PCB和半导体行业中蚀刻是一项比较成熟和常见的工艺，适合制作非常精密的结构和图案，但AMB基板中的蚀刻则显然有一些不同之处：AMB基板常用的铜厚一般为0.3mm~0.8mm, 这一尺寸范围远远大于前述蚀刻的目标材料层厚度。由于化学湿法蚀刻的特性，尺寸精度和蚀刻因子以及能否在大批量生产中保证一致性是业内关注的重要指标。

蚀刻后断面结构示意图

通过不同的表面处理，确保铜表面能够适应器件连接和封装等工艺要求。贺利氏具有数十年的覆铜陶瓷板生产历史和强大的烧结、焊接材料和线材产品线，不断深耕的经验累积让贺利氏有信心为客户提供最佳的产品。

贺利氏电子是电子行业内提供创新解决方案的元器件封装材料制造商，为汽车、功率电子和先进半导体封装市场开发材料解决方案。公司在亚洲、美国和欧洲拥有8个研发中心和生产设施。作为解决方案供应商，贺利氏电子为客户提供从材料和料系统到元器件和技术服务的广泛产品组合。