中國(guó)粉體網(wǎng)訊 陶瓷材料如氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、碳化硅等因具有熱導(dǎo)率大、耐熱耐腐蝕性好、介電常數(shù)小、化學(xué)性能穩(wěn)定、絕緣性及可靠性好、成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子通信、航天電子、醫(yī)療器械、汽車電子等領(lǐng)域。
在陶瓷的世界里，陶瓷基板是一員猛將。
陶瓷基板由陶瓷基片和布線金屬層兩部分組成，金屬布線是通過(guò)在陶瓷基片上濺射、蒸發(fā)沉積或印刷各種金屬材料來(lái)制備薄膜和厚膜電路。陶瓷基板以其優(yōu)良的熱導(dǎo)率、介電性能和機(jī)械強(qiáng)度等性能得到廣大消費(fèi)市場(chǎng)的青睞，廣泛應(yīng)用在電力電子器件、航空航天、衛(wèi)星通信及民用通信等。
而陶瓷覆銅基板是在陶瓷基片上通過(guò)不同工藝實(shí)現(xiàn)銅板和陶瓷基片的鍵合，從而獲得一種兼具陶瓷和金屬銅優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合金屬陶瓷基板，同時(shí)具有優(yōu)異的熱性能、電性能、力學(xué)性能以及易裝配等特點(diǎn)。陶瓷覆銅板可通過(guò)刻蝕形成各種布線電路，廣泛應(yīng)用于功率模塊封裝中。陶瓷覆銅基板工藝主要有直接鍵合銅（DBC）法、活性金屬焊接（AMB）法、直接電鍍銅（DPC）法和激光火花金屬（LAM）法等。
在一些電子模塊，尤其是新能源汽車、軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、光伏、5G通信等對(duì)性能要求苛刻的電力電子及大功率電子模塊對(duì)AMB陶瓷覆銅板需求巨大。
AMB（Active Metal Brazing，活性金屬釬焊）：AMB是在DBC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，在800℃左右的高溫下，含有活性元素Ti、Zr的AgCu焊料在陶瓷和金屬的界面潤(rùn)濕并反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬異質(zhì)鍵合。
與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，AMB陶瓷基板是靠陶瓷與活性金屬焊膏在高溫下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)合，因此其結(jié)合強(qiáng)度更高，可靠性更好，極適用于連接器或?qū)﹄娏鞒休d大、散熱要求高的場(chǎng)景。
AMB工藝流程圖
在AMB工藝流程中，首先，在潔凈的陶瓷基板上涂覆一層薄薄的焊料，隨后將銅箔貼合在焊料上并放置在800℃至950℃的真空環(huán)境下使焊料熔化，待焊料冷卻后即可形成穩(wěn)固的連接。接下來(lái)，通過(guò)濕法刻蝕技術(shù)制作金屬圖案以滿足大功率器件的電氣連接需求。
那么，釬焊和釬料對(duì)于AMB工藝來(lái)說(shuō)，是關(guān)乎成功的關(guān)鍵。
釬焊是一種廣泛應(yīng)用于連接先進(jìn)材料和設(shè)備的焊接技術(shù)，可以焊接金屬基、陶瓷基、碳基及功能復(fù)合材料等，在高端制備行業(yè)發(fā)揮著重要的作用。常規(guī)釬料熔化后很難潤(rùn)濕陶瓷表面，所以常規(guī)釬料不能滿足陶瓷焊接需求，常需要先將陶瓷表面進(jìn)行金屬化預(yù)處理，其工藝復(fù)雜、成本較高。而通過(guò)在釬料中添加適量活性元素，可有效改善陶瓷表面潤(rùn)濕性，形成類金屬結(jié)構(gòu)的化合物界面層，實(shí)現(xiàn)金屬或合金對(duì)陶瓷的潤(rùn)濕和連接，形成結(jié)合良好的覆接體。
銀基釬料主要以銀或銀基固溶體的形式存在，具有良好的塑性、可以降低焊后接頭的殘余應(yīng)力。其中可以添加各個(gè)種類的元素而且多包含Cu，因?yàn)殂y和銅可以形成共晶結(jié)構(gòu)來(lái)降低釬料熔點(diǎn)。因此Ag基釬料是目前陶瓷金屬釬焊的熱門選擇。
銀基釬料體系有AgCu系、AgCuSn系、AgCuNi系、AgCuZn系、AgCuTi
系、AgCuTiB系、AgSnTi系、AgCuTiIn系、AgCuSnNi系等幾十類釬料。
活性釬料中的活性元素常以Ti、Zr、Hf、Nb等元素引入，釬焊中與陶瓷界面生成相，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和吸附達(dá)到陶瓷和金屬的封接。融化的釬料潤(rùn)濕陶瓷，釬料與母材基體反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)鍵，形成了金屬化合物以完成陶瓷和金屬的封接。所以通常在銀基復(fù)合活性釬料中添加不同的元素或增強(qiáng)相來(lái)改善焊縫組織和接頭性能。
目前國(guó)內(nèi)外釬焊使用釬料中的活性元素主要引入Ti元素，以TiH2形態(tài)為優(yōu)，這主要是考慮到商業(yè)上的價(jià)值和環(huán)保的問(wèn)題。因?yàn)門i元素可與氧化物陶瓷反應(yīng)，形成TiO、TiO2和Ti2O3，也可與SiC、SiN和碳氮化物陶瓷等反應(yīng)，形成TiC、TiN等化合物，可以潤(rùn)濕各種陶瓷。
部分商用Ag-Cu-Ti釬料牌號(hào)及成分
AMB工藝中常用的活性焊料主要包括Sn-Ag-Ti和Ag-Cu-Ti體系，其中Ti作為活性金屬增強(qiáng)焊料與陶瓷間的潤(rùn)濕性，Sn和Ag則起到降低熔點(diǎn)以及提高接頭的導(dǎo)熱性能的作用。
AgCuTi活性釬料是目前研究較多應(yīng)用較為廣泛的活性釬料。除了Ti幾乎能和所有陶瓷反應(yīng)，使得AgCuTi釬料具有很好的潤(rùn)濕性外，它的釬焊接頭強(qiáng)度也較好，性能穩(wěn)定，適用范圍廣。目前，AgCuTi活性釬料廣泛用于陶瓷與陶瓷（或陶瓷基復(fù)合材料）、金屬與陶瓷、金屬與C/C復(fù)合材料、金屬與先進(jìn)陶瓷基復(fù)合材料等的直接釬焊以及真空電子封裝等。
鑒于第三代半導(dǎo)體陶瓷基板AMB覆Cu技術(shù)的關(guān)鍵材料，AgCuTi活性釬料過(guò)去一直被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品又難以滿足高質(zhì)量釬焊要求。
但近年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)也在不斷攻克這些難題。
比如近期獲評(píng)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)“小巨人”企業(yè)，浙江亞通新材料股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“亞通新材”）。公司攻關(guān)團(tuán)隊(duì)通過(guò)成分設(shè)計(jì)和制備工藝方面的創(chuàng)新，避免了活性元素Ti在高溫下與坩堝、氧、氮等的反應(yīng)，首創(chuàng)了低氧含量、高活性、成分均勻的AgCuTi活性釬料粉末高效制備技術(shù)，可用于制備高性能AMB陶瓷覆銅基板，實(shí)現(xiàn)IGBT高可靠性封裝技術(shù)的自主可控。經(jīng)浙江省經(jīng)信廳組織專家鑒定，相關(guān)技術(shù)處國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。并榮獲國(guó)內(nèi)首批次新材料產(chǎn)品、浙江省重點(diǎn)首批次新材料產(chǎn)品和浙江省青工創(chuàng)新創(chuàng)效大賽“銀獎(jiǎng)”。生產(chǎn)的陶瓷基板用活性釬料粉末屬于工業(yè)“六基”領(lǐng)域中的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，成功打破國(guó)外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，被認(rèn)定為“國(guó)內(nèi)首批次新材料”。這一突破性成果不僅提升了在電動(dòng)汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)和新能源裝備等行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，更為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展筑牢根基。
來(lái)源：亞通新材
目前，高可靠陶瓷基板仍舊依賴國(guó)外進(jìn)口，陶瓷覆銅技術(shù)列入《中國(guó)制造2025》的重大攻關(guān)項(xiàng)目。活性金屬釬焊覆銅技術(shù)（AMB）是生產(chǎn)陶瓷基板的較為先進(jìn)的工藝，擁有結(jié)合強(qiáng)度高、冷熱循環(huán)可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣闊，亞通新材成功產(chǎn)業(yè)化的AgCuTi活性釬料，對(duì)標(biāo)國(guó)際頂尖企業(yè)同類產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的空白，成為國(guó)內(nèi)第一批量產(chǎn)該產(chǎn)品的企業(yè)，幫助下游客戶打破了高性能AMB陶瓷基板的進(jìn)口依賴，因此具有重要的技術(shù)價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。這也將有效推動(dòng)我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，提升我國(guó)電動(dòng)汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)和新能源裝備等行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
參考來(lái)源：
1.國(guó)家焊材質(zhì)檢中心、今日杭鋼
2.謝仁杰，陶瓷-金屬封接用活性釬料的釬焊機(jī)理及制備工藝研究
3.劉國(guó)化等，AgCuTi活性釬料的研究進(jìn)展
4.黃富等，電子封裝陶瓷基板及其金屬化工藝
5.陸琪等，陶瓷基板研究現(xiàn)狀及新進(jìn)展
6.宋蕊立等，Ag-Cu基活性釬料減小陶瓷與金屬焊接殘余應(yīng)力的研究進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山林）
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