为何IGBT模块会采用氮化铝陶瓷基板来研究？

随着绝缘栅双极晶体管（IGBT）是否实现电能转换和控制最先进的电力电子器件，大规模应用于电动汽车、电力机车、智能电网等领域。氮化铝陶瓷基板具有陶瓷的高导热性、高绝缘性、高机械强度、低膨胀等特性，又具有无氧铜高导电性及优异焊接性能，是IGBT模块封装最关键的基础材料。

由于高压大功率采用IGBT模块技术门槛较高难度也大，特别是要求封装材料这一块散热性能要好、可靠性更高、载流量更大。高压大功率IGBT模块所产生的热量主要是通过陶瓷基板传导到外壳而散发出去，因此陶瓷基板死电力电子领域中功率模块封装的不可或缺的关键基础材料。

IGBT具有氮化铝陶瓷基板的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低膨胀等特性，并且像pcb线路板一样刻蚀出各种图形，氮化铝陶瓷基板上集合了功率电子封装材料所具有的各种优点：

1. 陶瓷部分具有优良的导热耐压特性；

2. 铜导体部分具有极高的载流能力；

3. 金属和陶瓷间具有较高的附着强度和可靠性；

4. 便于刻蚀图性。形成电路基板；

5. 焊接性能优良，适用于铝丝键合；

陶瓷基板材料的性能是氮化铝陶瓷基板性能决定因素。因此，已有应用作为陶瓷基板材料共有三种陶瓷，分别是氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板、氮化硅陶瓷基板。

氧化铝陶瓷基板是最常用的陶瓷基板，因为它具有绝缘性、化学稳定性、力学性能及低的价格，但是氧化铝陶瓷基板相对低的热导率、硅的热膨胀系数匹配不好。作为高功率模块封装材料氧化铝材料应用不容乐观。

氮化铝陶瓷基板在热特性方面具有非常高的热导率、散热快，在应用方面，热膨胀系数和硅接近，因为整个模块内部应力比较低，提高了高压IGBT模块的可靠性。这些优势的性能都使得氮化铝陶瓷基板成为高压IGBT模块封装首选。

一、直接镀铜工艺（DPC）制备氮化铝陶瓷基板研究

所谓dpc技术，主要是指在含氧的氮气中以1063℃左右高温加热，氧化铝或氮化铝陶瓷表面直接镀一层。但有氮化铝是一种非氧化物陶瓷，镀层金箔的关键使其表面形成氧化物过渡层，然后通过上述过渡层与Cu箔敷合实现AlN与Cu箔的敷合。

陶瓷与金界面结合紧密，甚至结构致密。陶瓷晶粒大约为1-5μm，与金之间存在8-10微米的过渡层。该过渡层结构致密，晶粒约为3-5μm，但是晶粒间存在不连贯的微裂纹，陶瓷表面致密，没有气孔存在。表面颗粒凹凸不平，可能是拉开时裂纹沿晶界扩展，部分颗粒在铜上部分颗粒在陶瓷上导致。

二、活性金属焊接工艺(AMB)制备氮化铝陶瓷基板研究

活性焊铜工艺是dpc工艺技术的进一步发展，在利用材料只含有少量活性元素及陶瓷反应生成能被液态钎料润湿的反应层，从而实现陶瓷与金属接合的一种方法。AMB基板是靠陶瓷与活性金属焊膏在高温下进行化学反应来实现结合，因此其结合强度更高，可靠性更好。

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