高密度集成散热首选的陶瓷基板
在新能源及新一代通讯行业，随着微电子信息技术、大规模集成电路（LSI）、多芯片组件（MCM）和微机电系统（MENS）等技术的迅速发展，对电子整机的要求越来越高，这种要求越来越迫切，促使它们朝着微型化、便携式、高性能等方向发展。高密度集成是实现上述功能的最有效解决方案，高密度集成可以将各种电子设备复杂的功能集成到更小的组件中，而实现高密度集成的关键是解决元器件的散热问题。对于电子器件而言，通常温度每升高10°C，器件有效寿命就降低30%~50%。因此，选用合适的封装材料与工艺、提高器件散热能力就成为发展功率器件的技术瓶颈。
以大功率LED封装为例，由于输入功率的70%~80%转变成为热量（只有约20%~30%转化为光能），且LED芯片面积小，器件功率密度很大（大于100W/cm2），因此散热成为大功率LED封装必须解决的关键问题。如果不能及时将芯片发热导出并消散，大量热量将聚集在LED内部，芯片结温将逐步升高，一方面使LED性能降低（如发光效率降低、波长红移），另一方面将在LED器件内部产生热应力，引发一系列可靠性问题（如使用寿命、色温变化等）。
伴随着功率器件（包括LED、LD、IGBT、CPV等）不断发展，采用高导热材料制作电路基板是实现微电路散热的有效方法之一。
目前常用电子封装基板主要可分为高分子基板、金属基板（金属核线路板，MCPCB）和陶瓷基板几类。对于功率器件封装而言，封装基板除具备基本的布线（电互连）功能外，还要求具有较高的导热、耐热、绝缘、强度与热匹配性能。因此，高分子基板和金属基板使用受到很大限制；而陶瓷材料本身具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度、与芯片材料热匹配等性能，非常适合作为功率器件封装基板，目前已在半导体照明、激光与光通信、航空航天、新能源汽车等领域得到广泛应用。
氮化铝、氮化硅陶瓷基板及其在新能源汽车中的应用
目前陶瓷基板的主要材料以氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）和氮化硅（Si3N4）三类为主。氧化铝陶瓷基板价格低廉，生产工艺成熟，目前产量最大，应用面最广。但是，氧化铝陶瓷基板的导热性能已无法满足大功率芯片的散热要求。综合来看，氮化铝陶瓷基板与氮化硅陶瓷基板最具发展前景。
一些陶瓷材料的特性比较
氮化铝基板
氮化铝陶瓷的各项性能优异，尤其是高热导率的特点，其理论热导率可达320W/（m·K），其商用产品热导率一般为180W/（m·K）~260W/（m·K），使其能够用于高功率、高引线和大尺寸芯片封装基板材料。
此外，氮化铝陶瓷还具较高的机械强度及化学稳定性，能够在较恶劣的环境下保持正常的工作状态。正是因为氮化铝陶瓷具有诸多的优良性能，氮化铝陶瓷会在众多陶瓷基板材料中脱颖而出，成为新一代先进陶瓷封装材料的代表产品。
汽车LED大灯的工作温度是极其高的，功率越大，温度越高，亮度功率是形成正比的，想要提高亮度只能通过精细的冷却设计或者散热器件的加大，但是效果并不理想，能够使其达到理想效果的只有氮化铝陶瓷基板。高导热率和优良的绝缘性，与灯珠更匹配的热膨胀技术等优点，让氮化铝陶瓷基板再次“脱颖而出”。
氮化硅基板
氮化硅被认为是综合性能最好的陶瓷基板材料，虽热导率不如氮化铝，但其抗弯强度、断裂韧性都可达到氮化铝的2倍以上。同时，氮化硅陶瓷基板的热膨胀系数与第三代半导体碳化硅相近，使得其成为碳化硅导热基板材料的首选。氮化硅基板在新能源汽车中的应用不可阻挡！
氮化硅陶瓷粉末和氮化硅陶瓷基片
近年来，Si3N4陶瓷基板以其硬度高、机械强度高、耐高温和热稳定性好、介电常数和介质损耗低、耐磨损、耐腐蚀等优异的性能，在IGBT模块封装中得到青睐，并逐步替代Al2O3和AlN陶瓷基板。
在新能源汽车的核心电机驱动中，采用SiC MOSFET器件比传统Si IGBT带来5%～10%续航提升，未来将会逐步取代Si IGBT。但SiC MOSFET芯片面积小，对散热要求高，氮化硅陶瓷基板具备优异的散热能力和高可靠性，几乎成为SiC MOSFET在新能源汽车领域主驱应用的必选项。
AMB陶瓷基板将成为中高端功率模块散热的主流工艺
陶瓷基板按照工艺主要分为DPC、DBC、AMB、LTCC、HTCC等基板。
AMB陶瓷基板是DBC工艺的进一步发展，该工艺通过含有少量稀土元素的焊料来实现陶瓷基板与铜箔的连接，其键合强度高、可靠性好。
AMB工艺生产的陶瓷基板主要运用在功率半导体模块上作为硅基、碳化基功率芯片的基底，AMB技术实现了氮化铝和氮化硅陶瓷与铜片的覆接，相比DBC衬板有更优的热导率、铜层结合力、可靠性等，可大幅提高陶瓷衬板可靠性，更适合大功率大电流的应用场景，逐步成为中高端IGBT模块散热电路板的主要应用类型。
此外，由于AMB氮化硅基板有较高热导率，可将非常厚的铜金属（厚度可达0.8mm）焊接到相对薄的氮化硅陶瓷上，载流能力较高。且氮化硅陶瓷基板的热膨胀系数与第三代半导体衬底SiC晶体接近，使其能够与SiC晶体材料匹配更稳定，因此成为SiC半导体导热基板材料首选，特别在800V以上高端新能源汽车中应用中不可或缺。
根据QY Research报告，2021年AMB陶瓷基板市场规模约为0.9亿美元，预计2028年增长到3.8亿美元，复合增长率高达22.7%。主要供应商包括美国Rogers、德国Heraeus、日本电化株式会社（Denka）、日本同和（DOWA）。
本文标题：高密度集成散热首选的陶瓷基板
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