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从特斯拉到比亚迪：AMB陶瓷基板为何成新能源功率模块“必选项”？
陶瓷覆铜基板 (Ceramic Copper-Clad Substrate) 是一种在陶瓷基片上通过特定工艺键合铜板的复合金属陶瓷材料。它融合了陶瓷优异的绝缘性、热稳定性和低热膨胀系数，以及金属铜的高导电、导热性能，同时具备良好的力学性能和易于装配的特点。该基板可通过刻蚀铜层形成精密电路布线，是功率模块封装中的关键材料。
陶瓷覆铜基板的主要制备工艺包括：
直接覆铜法 (Direct Bonded Copper, DBC)
活性金属钎焊法 (Active Metal Brazing, AMB)
直接电镀铜法 (Direct Plated Copper, DPC)
激光活化金属法 (Laser Activated Metallization, LAM)
其中，DBC陶瓷基板 的制造工艺是在高于1000℃、含氧的氮气氛围中加热，使铜箔与陶瓷基板发生共晶反应并牢固结合。该工艺赋予DBC基板高键合强度、优异导热性 和 良好的热稳定性。
DBC工艺流程
活性金属钎焊（Active Metal Brazing, AMB）陶瓷基板是在传统DBC工艺基础上发展而来的先进键合技术。其核心在于使用含微量活性金属元素（如Ti、Zr、Hf或镧系元素）的钎料，在相对较低的温度下实现陶瓷基板与铜箔的高强度、高可靠性连接。相较于DBC工艺（需>1000℃），AMB通常在 800℃–950℃ 的真空环境中进行，具有操作温度更低、工艺更易控制的优势。
AMB工艺流程：
焊料涂覆： 在洁净的陶瓷基板表面均匀涂覆一层薄层活性金属钎料。
铜箔贴合： 将铜箔精确覆盖在涂有钎料的陶瓷基板上。
真空钎焊： 在800℃–950℃ 的真空环境中加热，使钎料熔化并润湿陶瓷与铜界面。
冷却连接： 冷却后，熔融钎料凝固形成稳固的陶瓷-金属键合。
电路成型： 通过湿法刻蚀技术对铜层进行图形化，形成满足大功率器件需求的电路布线。
AMB工艺核心优势：
高键合强度与可靠性： 活性金属元素显著改善钎料对陶瓷的润湿性，形成强韧的界面结合。
工艺窗口宽/操作简便： 相对较低的钎焊温度简化了工艺控制。
陶瓷基板适应性广： 对多种高性能陶瓷（如Al₂O₃, AlN, 尤其Si₃N₄）具有良好的兼容性。
适用于高功率密度： 结合厚铜设计，满足大电流、高散热需求。
活性金属钎料的作用机制：
由于常规金属对陶瓷的润湿性差，AMB工艺依赖活性金属钎料。此类钎料包含至少一种能与陶瓷表面发生反应的活性元素（常用Ti及镧系元素），通过形成化学键显著改善润湿性并大幅提升接头强度。主流体系包括：
Ag-Cu-Ti体系： Ag-Cu共晶提供良好的流动性和导热性，Ti作为活性元素实现陶瓷润湿与反应。
Sn-Ag-Ti等体系： Sn或Ag起到降低熔点和辅助导热/导电的作用，Ti提供活性功能。
凭借上述优势，AMB工艺已成为大功率器件（尤其在要求苛刻的新能源汽车、电力电子领域）封装中最具发展潜力的金属化解决方案。
ANB工艺流程
AMB陶瓷基板相较于传统DBC工艺的核心突破在于其化学反应键合机制：通过活性金属钎料（含Ti、Zr等元素）在高温下与陶瓷表面发生化学反应，形成强界面结合。这种机制赋予AMB三大核心优势：
超高结合强度（可达16–29N/mm，显著高于DBC的<15N/mm）
卓越长期可靠性（抗热疲劳性能提升5倍以上）
更低的工艺温度（800–950℃ vs. DBC的>1000℃）
性能优势深度解析
| 特性 | AMB基板表现 | 对比传统DBC基板 |
|---|---|---|
| 热管理 | ▶ 氮化硅（Si₃N₄）基板热导率>90W/(m·K) ▶ 氧化铝（Al₂O₃）基板达24W/(m·K) | 热阻降低30%，散热效率提升2倍+ |
| 机械强度 | ▶ 抗弯强度>700MPa ▶ 承受200MPa级机械应力 | 抗碎裂能力提高3倍 |
| 热冲击耐受 | ▶ -40℃~250℃循环>5000次无失效 ▶ 热膨胀系数匹配SiC芯片（2.4 vs 4ppm/K） | 寿命延长至DBC基板的5倍 |
| 电绝缘性 | ▶ 击穿场强>20kV/mm ▶ 体积电阻率>10¹⁴Ω·cm | 满足15kV以上高压模块绝缘需求 |
高端应用场景适配性
AMB基板凭借“高导热+高强度+高绝缘”三位一体性能，成为以下领域的不可替代方案：
新能源汽车：800V SiC逆变器模块（结温>175℃工况）
轨道交通：3kV以上牵引变流器（抗振动冲击要求）
清洁能源：风电变桨系统（-40℃极寒环境稳定性）& 光伏中央逆变器（25年寿命保障）
5G基建：GaN射频功放（10kW/m²超高功率密度散热）
技术制高点：氮化硅AMB基板因兼具：
断裂韧性（6-7MPa·m¹/²）
抗热震性（ΔT>800℃）
介电强度（>15kV/mm）
已成为电动汽车驱动模块、高压直流输电（HVDC）换流阀的首选封装材料，支撑功率密度突破50kW/L的行业极限。
碳化硅（SiC）的爆发式上车与800V高压平台的必然选
自2021年特斯拉Model 3率先搭载SiC功率器件以来，SiC渗透率急速攀升。国内市场呈现三极格局：
比亚迪：汉/唐四驱等旗舰车型规模化应用自研SiC模块
蔚来：ET7/ES7/ES8/EC7全系标配SiC电驱系统
小鹏：G9采用SiC实现800V高压快充
为突破充电效率瓶颈，主流车企加速推进800V+高压平台（特斯拉/比亚迪/蔚来等），电压升级倒逼高压器件性能跃迁。其中，主驱逆变器作为能量转换核心，其散热能力直接决定充电效率上限——SiC模块的高功率密度使热管理挑战倍增。
AMB-Si₃N₄基板：SiC模块散热的终极解决方案
| 技术痛点 | AMB-Si₃N₄基板的破局能力 |
|---|---|
| SiC芯片高热流密度 | 热导率>90W/(m·K)（较Al₂O₃基板提升3倍），热阻低至0.5K/W |
| 高温界面失效 | 活性金属钎焊结合强度>25N/mm，耐温循环>5000次（-40~125℃） |
| 功率密度瓶颈 | 支持>500W/cm²功率密度，铜厚可达800μm（载流>300A） |
| 热膨胀失配 | CTE=2.4ppm/K（匹配SiC芯片4ppm/K），降低90%热应力 |
典型案例：AMB-Si₃N₄基板通过多层无氧铜键合+铜柱垂直互联，成功应用于特斯拉Model 3/BYD汉/蔚来ET7等车型，实现：
芯片结温降低20℃
模块体积缩小40%
系统效率提升7%
技术协同效应：SiC+800V+AMB-Si₃N₄的黄金三角
产业趋势：AMB-Si₃N₄成高压电动化标配
技术不可替代性：氮化硅陶瓷兼具 高断裂韧性（6-7 MPa·m¹/²） + 抗热震性（ΔT>800℃），唯一满足车规级10年寿命需求
市场爆发逻辑：2025年全球新能源汽车SiC模块渗透率将超60%，带动AMB-Si₃N₄基板市场规模突破百亿
国产化进程：百能云板等企业加速替代罗杰斯/京瓷，本土产能年增速>150%
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