银铜钛 (AgCuTi) 为何在IGBT上应用

随着我国新能源汽车、高铁、城市轨道交通以及智能电网的高速发展，对高压大功率IGBT模块的需求日益增长。相较于其他应用领域，车规级 IGBT模块对产品安全、可靠性提出耐高温、散热性优、工作温度范围广、使用寿命长等更高要求。据报道，约70%的IGBT模块失效归因于散热不良引起的键合线剥离或熔断。芯片的散热主要通过IGBT模块中的陶瓷基板来实现，其作用是吸收芯片的产热并传导至热沉上，从而实现芯片与外界之间的热交换。阅读本文前，欢迎识别二维码加入艾邦IGBT/SiC产业链交流群。

覆铜陶瓷基板具有与芯片相匹配的热膨胀系数，兼具出色的导电性能、绝缘性能、以及较高的机械强度。活性金属钎焊（Active Metal Brazing,AMB）工艺是陶瓷覆铜板金属化的重要生产工艺之一，主要是通过含有活性元素 Ti、Zr 的活性焊料，与陶瓷反应生成能被液态钎焊料润湿的反应层，实现氮化硅等陶瓷与金属铜之间焊接结合。AMB陶瓷基板具有良好的铜层结合能力、低热阻、高导热率和高可靠性，适用于高压、高电流等大功率半导体的封装，特别是新能源车中高压架构和快充模式的场景。

目前，高可靠 AMB 陶瓷覆铜基板仍旧依赖国外进口，且多数都是整体（即氮化硅陶瓷板），氧铜板以活性钎料焊接好后的 AMB 陶瓷覆铜基板）直接进口，国内部分厂家已实现自主焊接。AMB 陶瓷基板的覆铜工艺存在较大的难度，主要体现在大多数钎料在陶瓷表面难以产生润湿，因此钎焊材料是关键。

银铜钛（AgCuTi）活性钎料主要系含活性金属钛（Ti）的钎料，是常用的AMB活性焊料之一。AgCuTi 具有良好的润湿性，能润湿氧化物、碳化物、氮化物和碳基体。其熔点通常在780-800℃之间，具体取决于确切成分。

Ti 含量的控制是制备银铜钛（AgCuTi）活性钎料的关键因素之一，主要因为 Ti 含量的增加能够带来钎料活性的增加，但同时会带来更多脆性金属间化合物的生成从而使钎焊效果下降，且钛是一种在高温下非常活泼的金属，极容易氧化，制备成分均匀的银铜钛合金铸锭及粒度超细的合金粉存在较大技术难度。

通过掌握的核心技术和工艺，将 Ti 含量控制在较好的水平，可制备均匀、一致的银铜钛合金铸锭，通过非接触真空气雾化工艺可制备各种要求的粒度超细的金属合金粉，实现在综合考虑钎焊工艺和效果以及生产成本的基础上最大化活性钎料的活度的目的，能在一定程度上有效解决 IGBT 大功率半导体器件的散热问题。

当前，用于 AMB 陶瓷基板生产的关键材料银铜钛（AgCuTi）半导体活性钎料因制备技术限制一直被国外垄断，主要供应商系东京焊接公司（Tokyo  Braze），国内目前有浙江亚通新材料股份有限公司等。不过，近年来，我国针对新材料行业颁布了一系列法律法规和行业政策，持续支持新材料行业的研发升级和产业化，大力发展钎焊材料、贵金属催化剂、高性能金属合金粉等先进材料行业。我国将有望进一步解决IGBT用银铜钛（AgCuTi）等先进材料卡脖子问题。