SiC功率模块基板材料及工艺对比哪家欢喜哪家优
大家好，我是电源漫谈，影响SiC功率模块封装性能的两个重要方面，一个是基板材料，另一个是基板材料的覆铜工艺。本文重点讨论这两点差异。
一、半导体器件中的陶瓷基板分类
半导体电子器件行业广泛应用陶瓷基板，按照基板材料划分,主要有氧化铝陶瓷基板(Al2O3)、氮化铝陶瓷基板(AlN)和氮化硅陶瓷基板(Si3N4)三种。
图1 三种材料性能对比
其中，氧化铝陶瓷基板最常用，主要采用DBC工艺，氧化铝陶瓷基板其制造工艺成熟，并且成本低廉，在中低端领域有较大的市场需求。但是氧化铝陶瓷基板导热性差，骤冷骤热循环次数仅仅200余次，跟不上新能源电动汽车等第三代大功率半导体的发展。---氧化铝导热性差。
氮化铝陶瓷基板导热率较高，DBC和AMB两种工艺都有采用，氮化铝陶瓷基板的导热性好，且与第三代大功率半导体材料有很好的匹配性，但是氮化铝陶瓷基板机械性能和抗热震性能差，影响半导体器件可靠性，且使用成本较高。---氮化铝机械性能抗震性差。
氮化硅陶瓷基板综合性能优异可靠，主要采用活性金属钎焊覆铜AMB工艺，氮化硅陶瓷基板在导热性、高机械强度、低膨胀系数、抗氧化性能、热腐蚀性能、摩擦系数等方面具有优异的性能。它的理论热导率高达400W/（m.k），热膨胀系数约为3.0x10-6℃，与Si、SiC、GaAs等材料具有良好的匹配性，使氮化硅陶瓷基板成为非常有吸引力的高强度、高导热性能，完全满足高温、大功率、高散热、高可靠性的第三代大功率半导体电子器件基板材料封装要求。---氮化硅导热性机械性能膨胀系数更好。
二、陶瓷基板的主要覆铜工艺
陶瓷基板的覆铜工艺主要有DBC和AMB两种，二者在机械性能上有较多区别。DBC(Direct Bond Copper)的制造工艺是一种先进的电子封装技术,广泛应用于功率电子领域,特别是在高功率和高温度应用中。AMB(Active Metal Brazing)即活性金属钎焊法,这是一种在DBC技术的基础上发展而来的将陶瓷与金属封接的方法.
氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板普遍使用的DBC直接覆铜工艺，DBC直接覆铜是利用共晶键合法工艺制备而成，覆铜层与氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板之间没有粘结材料，采用氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的半导体电子器件在高温运行过程中，往往会因为铜和氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板之间的热膨胀系数不同而产生较大的热应力，从而导致铜层从氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板表面剥离，因此传统的采用DBC工艺的氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板已经难以满足高温、大功率、高散热、高可靠性的SiC碳化硅汽车电子功率器件模块封装要求。---DBC工艺铜和陶瓷基板易剥离。
以上对SiC功率模块的基板材料及覆铜工艺的差异进行了基本的分析，为后续的分析奠定基础。
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