大电流IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块在工作时，会产生大量的热。尤其是工作电流达到600A以上的IGBT模块。类似功率模块的封装热管理工艺中，考虑的目标是消除热结。那么，需要在芯片底部和散热器之间的热通道建设尽量畅通。铜基板具有良好的导热能力，但铜的热膨胀系数接近IGBT芯片的三倍，而且IGBT芯片陶瓷衬底的面积可高达50mmx60mm，这三倍的差异在低功率模块封装可用陶瓷覆铜板或多层陶瓷覆铜板来过渡解决。高功率模块如果用铜基板去承载芯片衬底同时在下方接合散热器的话，焊接的铜基板经受不住1000次热循环，焊接外缘就会出现分层脱离。这种情况下，压接方案相对可行。但压接法制造出的模块，如果长期在震动环境下使用，如轨道机车、电动汽车、飞机等，其可靠性会大幅下降。那么，如何牢固封装高功率IGBT模块，使其在震动、高温、粉尘等环境下可使用呢？业界的办法是采用AlSiC材料来制作IGBT基板。更多IGBT相关信息，请关注艾邦半导体网公众号，通过底部菜单申请加入。AlSiC的典型热膨胀系数为7～9ppm/℃，参考芯片的6 ppm/℃，如果再加上芯片下面焊接的陶瓷覆铜板，那么三倍的差异就从本质上消除了。同时AlSiC材质的热导率可高达200～235W/mK (25℃)，比铝合金热导率还高50%。英飞凌试验证明，采用AlSiC材料制作的IGBT基板，经过上万次热循环，模块工作良好如初，焊层完好。AlSiC材料很轻，只有铜材的1/3，和铝差不多，但抗弯强度却和钢材一样好。这使其在抗震性能方面表现优秀，超过铜基板。因此，在高功率电子封装方面，AlSiC材料以其独特的高热导、低热膨胀系数和抗弯强度的结合优势成为不可替代的材质。今天我们就来了解一下AlSiC作为IGBT的底板还有性能特点及制备方法1、AlSiC的性能特点
铝碳化硅（AlSiC）是铝基碳化硅颗粒增强复合材料的简称，又称碳化硅铝或铝硅碳。铝碳化硅早期应用于美军机雷达芯片衬底，用于替代钨铜；替代后散热效果优异，并且使雷达整体减重10公斤，这使AlSiC材料得到了重视。由于其独特的优势，使得AlSiC在IGBT底板应用的渗透率快速提升：➢ AlSiC具有高导热率（170～200W/mK），是一般封装材料的十倍，可将芯片产生的热量及时散发，提高整个元器件的可靠性和稳定性。➢ AlSiC是复合材料，其热膨胀系数等性能可通过改变其组成而加以调整，可调的热膨胀系数（6.5～9.5×10-6/K），AlSiC的热膨胀系数与半导体芯片和陶瓷基片实现良好的匹配，能够防止疲劳失效的产生，甚至可以将功率芯片直接安装到AlSiC底板上。➢ AlSiC很轻，只有铜材的1/3，和铝差不多，但抗弯强度却和钢材一样好。这使其在抗震性能方面表现优秀，超过铜底板。➢ AlSiC的比刚度是所有电子材料中最高的，是铝的3倍，是W-Cu和Kovar的5倍，是铜的25倍，另外AlSiC的抗震性比陶瓷好，因此是恶劣环境（震动较大，如航天、汽车等领域）下的首选材料。➢ AlSiC可以大批量加工，但加工的工艺取决于碳化硅的含量，可以用电火花、金刚石、激光等加工。➢ AlSiC可以镀镍、金、锡等，表面也可以进行阳极氧化处理。➢ 金属化的陶瓷基片可以钎焊到镀好的AlSiC底板上，用粘结剂、树脂可以将印制电路板芯与AlSiC粘合。➢ AlSiC本身具有较好的气密性。但是，与金属或陶瓷电子封装后的气密性取决于合适的镀层和焊接。➢ AlSiC的物理性能及力学性能都是各向同性的。2、AlSiC底板的制备方法
合理选择制备工艺对复合材料的性能至关重要，在电子封装中，SiC 体积占比为 55%~80%的 AlSiC才能满足要求。AlSiC 基板的制备方法由SiC预制件制备和熔融铝合金液浸渗两步组成。
其中，SiC预制件的制备是制备AlSiC复合材料的首要也是最重要的环节。目前预制件的制备方法主要有模压成型、美国AFT公司的粉末注射成形和美国CPC公司的Quickeset™注射成形技术。模压成型法适用于一些结构简单的构件，成型模具制造简单、操作方便、周期短、无污染、效率高，便于实现自动化生产 ，较适用于SiC预制件的制备。熔融铝合金液浸渗方法主要有：挤压铸造、真空压力浸渗、真空辅助压力铸造和无压浸渗。
3、厂商介绍
2022 年全球铝碳化硅材料市场规模为 10.89 亿美元，预计 2028 年将达到29.60 亿美元，预测期内复合年增长率为 18.1%。铝碳化硅材料厂商主要有欧美，日本等企业，早期主要应用在航天航空，能源领域。国内大部分企业都2005年后成立，特别是在2019-2022年出现了比较多的创业公司，在此期间也有不少公司退出市场，或者已经不在活跃。下面我们列举了国内外21家厂商供大家参考。欢迎加入艾邦IGBT产业微信群进行补充。
国外厂商
1. CPS Technologies
官网：https://cpstechnologysolutions.com/
CPS Technologies 是为交通、能源、航空、国防以及石油和天然气行业开发专有先进材料解决方案的行业领导者。我们的旗舰解决方案是尖端的金属基复合材料 (MMC)，这是一类在导热性、热膨胀匹配、刚度和重量方面具有卓越性能的材料。在网站上也有一个视频，欢迎大家打开视频号观看。与传统材料相比，这些基于 AlSiC 的产品提高了各种应用的性能和可靠性，包括气密封装、倒装芯片盖、IGBT 基板、液冷板等。
2. 日本电化Denka
官网：https://www.denka.co.jp/chn/DENKA ALSINK是由Al-SiC和陶瓷组成的铝基复合材料（MMC），是一种具有低热膨胀、高导热、高强度、轻量化等特点的优良材料。最近，它作为陶瓷和金属（如铝和铜/钼合金）的替代品而受到关注。Al-Al-SiC具有与氧化铝（Al2O3）相近的热膨胀系数和与氮化铝（AIN）一样高的导热系数，最适合散热应用。其物理性能可以通过选择陶瓷的种类和含量来调整。它还可用于有效、高刚性、轻质结构构件。用途：
- IGBT、二极管等需要高可靠性的功率模块基板（散热片）
半导体和液晶面板制造设备的部件
3. 日本精密陶瓷株式会社
官网：http://www.japan-fc.co.jp/cn/日本精密陶瓷株式会社成立于1984年4月，业务内容包括结构陶瓷如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)；电子陶瓷如氧化铝基板、Ceraflex® (氧化锆薄板)、薄膜集成电路；金属陶瓷复合材料（MMC）如Al／SiC复合材料、Al／Si复合材料、Si／SiC复合材料等。
4. 斯坦福先进材料 (SAM)
官网：https://www.samaterials.com/
斯坦福先进材料公司是一家经验丰富的供应商，为航空航天、技术、医疗、能源和众多其他领域的主要行业参与者提供 3,000 多种先进材料。从研发阶段到批量生产，我们完全有能力为任何规模的公司提供无与伦比的产品支持和客户服务。近二十年的行业洞察力和全球供应链知识，确保您以具有竞争力的市场价格获得优质材料。5. 美国DWA
官网：https://www.dwa-usa.com/
DWA Aluminium Composites USA, Inc. 是陶瓷颗粒增强、粉末冶金基铝金属基复合材料 ( Al MMC ) 的生产商。我们拥有设备齐全的批量生产制造工厂，可满足日益增长的航空航天、国防和工业应用的严苛要求。拥有 40 多年的Al MMC 制造经验凭借丰富的经验，作为连续 20 名原材料和零件生产商，DWA-USA 唯一的重点是为其客户提供最高品质的铝和陶瓷颗粒增强组合物，以超越传统的金属和有机基复合材料。6. 美国TTC
官网：https://www.thermaltc.com/index.html
自 2004 年成立以来，Thermal Transfer Composites, LLC (TTC) 已迅速成为电子行业先进热管理材料和解决方案的全球领导者之一。如今，TTC 生产的热管理和结构产品适用于从电信卫星和军事硬件到牵引车和下一代混合动力汽车和燃料电池汽车的高性能微处理器组件和 IGBT 功率转换模块等系统。
TTC 的增强型 Al/SiC 复合材料提供了独特的性能组合，非常适合许多电子热管理、封装和结构应用。提供以下数据和信息以帮助您为您的应用选择合适的材料。注：Primex-Ultra 复合材料适用于要求热导率超过 200 W/m•K、热膨胀为 4 至 7 ppm/K、杨氏模量高达 350 GPa 的高性能应用。7. 美国Materion
Materion 是一家先进材料供应商，通过其全资子公司，向全球市场提供精心设计的先进支持材料。产品包括贵重和非贵重特种金属、无机化学品和粉末、特种涂料、特种工程铍合金、铍和铍复合材料以及工程复合和电镀金属系统。总部位于俄亥俄州梅菲尔德高地，公司为 50 多个国家的客户提供服务。它在各地设有运营、服务中心和主要办公地点北美,欧洲和亚洲，在全球拥有约 3,000 名员工。2012年3月1日收购了航天金属复合材料有限公司(AMC）。我们的 SupremEX 系列金属基复合材料 (MMC) 提供了传统金属和合金无法比拟的平衡性能组合。SupremEX MMC 更强、更硬、更轻，非常适合用于更广泛的高要求应用，包括航空航天部件、商用和高性能汽车活塞、卫星结构和光学系统。SupremEX MMC 具有一系列 CTE 和良好的导热性，适用于许多热管理和电子封装应用。8. 住友电工
官网：https://sumitomoelectric.com/products/al-sic
Ferrotec 的金属基复合材料利用各种材料混合物来提供独特的材料特性和性能特征。铝-碳化硅金属基复合材料的材料特性使其成为大尺寸产品的良好解决方案。Al-SiC 金属基材料有助于减轻重量，并为机器人零件等高速和精确的设备运动应用提供出色的阻尼。
9. 日本大和热磁
官网：https://ceramics.ferrotec.com/materials/metal-matrix/al-sic/
Ferrotec 以铁磁流体磁性液体和铁磁流体®密封产品的技术核心为基础，不断发展壮大，以满足客户不断变化的需求，为半导体原始设备制造商提供用于精密制造系统的先进陶瓷元件。在日本和中国拥有先进的陶瓷制造业务。10. 比亚迪电子
官网：https://electronics.byd.com/比亚迪电子（国际）有限公司1995年成立于深圳，2007年于香港上市，是全球领先的平台型高端制造企业。比亚迪电子在网站上有关于铝基碳化硅陶瓷颗粒增强复合材料的介绍。铝基碳化硅陶瓷颗粒增强复合材料（Aluminum Matrix Silicon Carbide Reinforced Material），是一种新型金属基陶瓷复合材料。具有高热导率（导热率：>180W/Mk行业水平：160~170W/Mk）、低热膨胀系数（膨胀系数（可调）：8±1ppm/K（25℃-100℃）行业水平：7.5~7.7ppm/K）、高弯曲强度（弯曲强度：320~360MPa行业水平：300~360MPa）耐高功率（匹配高功率IGBT模块：1200V， 800A）11. 上海铝荣新材料有限公司
公司成立于2022年，业务涉及铝基碳化硅复合材料（ALSiC）及其零部件的设计、开发、制造、销售与服务，在航天、航空等高端应用领域及汽车、铁路工业及民用设备领域应用与发展，致力于成为中国金属基复合材料领域的领导者。
12. 湖南浩威特科技发展有限公司
官网：http://www.harvestalsic.com/index.html
湖南浩威特科技发展有限公司位于中国湖南省会长沙望城国家级经济技术开发区内，成立于 2007 年，始终致力于金属基陶瓷复合 材料及器件生产、开发、销售，是国家高新技术企业、湖南省新材料企业。主要产品为铝基碳化硅复合材料，铜基金刚石复合材料以及纤维增强 金属复合材料。 现阶段厂房占地 5000 平方米，设备 70 余台（套）覆盖铝碳化硅复合材料全工序制造及检验。 公司拥有一支多年从事先进材料开发的技术团队，拥有完全的自主知识产权。产品工艺技术先进，质量稳定，通过与客户 充分的前期交流和沟通，满足不同客户的需要，并为客户提供最优的材料设计与选择。
13. 西安明科微电子材料有限公司
西安明科微电子材料有限公司是西安市高新技术企业，成立于2004年4月，以开发研制新型微电子封装材料——铝碳化硅(AlSiC)及其系列产品为主营业务。西安明科微电子材料有限公司是中国名列前茅的金属基复合材料企业，主要研发、制造和销售第三代电子封装材料铝碳化硅（AlSiC）、铜碳化硅（CuSiC）。
铝碳化硅材料采用净成型技术，可加工成带水流通道的Pin Fin基板，用以替代高膨胀系数的铜板，可大大改善功率模块的可靠性。14. 常州富烯半导体材料科技有限公司
官网：https://www.fuxitech.com.cn/常州富烯科技股份有限公司成立于2014年12月，是一家专注于石墨烯散热材料、金属基复合散热材料研发、生产和销售的高新技术企业。公司产品应用于中高端智能手机、平板电脑等消费电子产品，以及笔记本电脑、智能可穿戴设备、ICT设备、航空航天、医疗器械等领域，并逐步向半导体封装、新能源汽车等热管理领域拓展。公司不断提升核心技术和综合竞争力，为客户提供多元化的产品和全方位服务，致力于成为热管理领域卓越的创新型企业。铝基碳化硅复合材料
15. 珠海亿特立新材料有限公司
珠海亿特立新材料有限公司成立于2019年7月，坐落于珠海国家高新技术开发区，公司致力于新型陶瓷及其复合材料的研发、生产和表面处理。主营产品包含铝碳化硅、碳化硅、铝硅等新型电子散热和高性能结构材料，涉及高铁、新能源汽车、卫星和LED等军工、航天、轨道交通和民用领域。公司拥有完整的材料设计和生产体系，与西安交通大学和华南理工大学进行产学研合作。
珠海亿特立新材料有限公司是一家高新技术企业，坐落于珠海市国家高新技术开发区，致力于结构陶瓷、功能陶瓷及金属-陶瓷复合材料技术研发与规模生产。公司与北京科技大学、郑州大学、西安交通大学、华南理工大学、辽宁科技大学等院校建立了产学研合作，拥有三个全资子公司——西安朗赛精密机械有限公司、洛阳亿特立新材料科技有限公司和珠海亿特立电子技术有限公司。其中，西安朗赛精密机械有限公司为陕西省高新技术企业；洛阳亿特立新材料科技有限公司生产车间超6000m2，拥有3条完备的陶瓷-金属复合材料生产线，铝碳化硅制品产能可达五十余万件/年。公司已完成A轮融资，拥有相关专利/软著40余项，多项技术处于行业领先。
16. 上海微瞬半导体科技有限公司
官网：http://www.vssemi.com/上海微瞬半导体科技有限公司成立于2020年，由海归高管与高校团队联合创建，公司总部设于浦东康桥，生产基地位于江苏无锡，拥有完整的复合材料制备产线、精密机加工车间、表面处理洁净室以及产品性能实验室，拥有足够的能力可以协助客户从产品设计、制造一直到产品测试闭环完成。微瞬半导体专注于复合材料的研发生产及其在半导体制造领域的应用制造，凭借自身的技术优势以及与国外公司多年的合作，目前可为客户提供覆盖大部分CVD、IMP以及RTP机台的Handler、Heater、Source、Lamp house等部件及其更换配件。在大功率电子元器件的散热应用领域，我们的产品也广泛应用于微波器件封装、电动汽车（EV / HEV）和高铁的IGBT模组以及5G基站的PA芯片等。在精密仪器、核能设施、航空航天飞行器以及高端汽车零部件领域，我们的产品也有广泛的应用。铝碳化硅应用领域
17. 河南瀚银光电科技股份有限公司
官网：https://www.hnhanyin.com/河南瀚银光电科技股份有限公司成立于2020年7月1日，坐落于河南省洛阳市伊滨区创新大厦，是一家集碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研发、生产、加工、销售、技术服务为一体的高科技企业，公司总占地面积3000㎡，现有员工50余人，年产能200吨。目前市面上大部分应用于散热基板的碳化硅铝基复合材料导热率均低于200W/m·K，且存在热膨胀系数不匹配，已不能满足未来高功率光电子器件的散热需求。在我国企业为实现高精端装备100%国产化的大背景下，现阶段高性能碳化硅铝基复合材料基板还是严重依赖进口，已成为我国急需的关键核心材料。河南瀚银光电科技股份有限公司经过多年的科研攻关，相继突破传统复合材料中致密度低、颗粒间热阻大、铝合金连通性差、有害界面产物多等技术瓶颈，所制造出的碳化硅铝基复合材料热导率最高可达240W/m·K。
形成了我国具有自主知识产权、贴有“中国标签”的创新性新技术，并目实现了产业化，性能达到国际先进水平，有望解决我国高精端装备对高性能碳化硅铝基复合材料的“国产化”需求。18. 苏州思萃热控材料科技有限公司
官网：http://www.sitritec.com/苏州思萃热控材料科技有限公司成立于2021年12月14日，坐落于苏州市高新区，由苏州市产业技术研究院、高新区管委会和思萃热控技术团队三方共建，总投资5000万元，年产值约2亿元。长期从事热管理方案设计与新型材料成型加工研究，思萃热控致力于新一代半导体、微电子热管理方案的设计及封装材料研发生产及销售。公司开发了多种金属基复合材料产品：铝碳化硅复合材料结构件、铝碳化硅热沉、铝碳化硅IGBT基板、无氧铜盖板、铜金刚石散热片等产品，为微波器件、大功率器件、微电子器件等制造商提供专业的热管理方案，广泛应用于轨道交通、新能源汽车、航空航天等领域，是新代大功率电子器件散热材料的优异选择。19. 西安创正新材料有限公司
官网：http://www.mmc-alsic.com/西安创正新材料有限公司于2015年4月成立，公司主营第三代西安创正新材料有限公司是一家致力于复合材料等新材料的研发、生产和销售为一体的创新型高科技企业。公司拥有专业的技术团队，力争以先进的工艺技术、严格的质量管控、一流的性能水平、最高的性价比优势服务客户。公司目前生产的主要材料有铝碳化硅、铝硅，可以根据客户需求开发了多种产品，主要用于集成电路、功率模块、军用射频电源的封装散热，以及航空航天机械零部件。2020年西安创正新材料由北京宝航收购，成为其全资子公司。 主要提供 AlSiC 材料产品解决方案。北京宝航新材料有限公司于2005年在北京成立，专业从事于金属3D打印材料及制件、金属基复合材料及制件的研发、生产、销售及服务。宝航新材料于2015年由中国宝安集团（股票代码：000009），成为其控股子公司。2018年1月，宝航新材料在南昌成立全资子公司江西宝航新材料有限公司，并在南昌高新区建设了新的生产基地。20. 西安法迪复合材料有限公司
官网：http://alsic-china.com/西安法迪复合材料有限公司成立于2014年7月，是国内领先的铝碳化硅（AlSiC，Al/SiC）、铝硅、飞酷、铝金刚石等陶瓷金属复合材料产品生产商，公司拥有强劲的研发与产业化能力，自主研发的金属基复合材料浸渗技术和产品净成形技术全世界独一无二，率先在国内实现日产千件无次品的记录，产品各项指标达到或超过美、日产品，完全替代进口。在热管理领域（thermal management），法迪公司不但提供可控制热膨胀系数同时达到铝合金1.6倍热导率的铝碳化硅材料，而且有平面热导率900W/mK以上用于快速消除热结的产品。西安法迪复合材料有限公司凭借先进可靠的生产工艺、设备，快速反应的市场接口，良好的研发与转化能力，在产品设计、交货品质和交货能力方面积累了良好的行业口碑。
铝碳化硅（AlSiC）复合材料 IGBT基板21. 西安晶奕科技有限公司
官网：http://www.jym-alsic.com/西安晶奕科技有限公司2021年诞生于具有“北方半导体之都”的西安，以新型第三代半导体封装材料（ALSiC）及封装开发、生产为一体的高科技企业。
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：铝基碳化硅（AlSiC）在IGBT上的应用及相关供应商
