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摘要

第三代半導(dǎo)體推動 AMB 活性金屬釬焊陶瓷基板在功率器件領(lǐng)域大量應(yīng)用，AgCuTi 活性焊膏是 AMB 基板制備的關(guān)鍵材料，傳統(tǒng)球磨工藝制備焊膏存在分散細(xì)度不足、均勻性差等短板。本文采用 TRILOS PM600V 混料脫泡機(jī)預(yù)混、TR80A 三輥機(jī)對 AgCuTi 活性焊膏進(jìn)行分散研磨處理，經(jīng)過 6 遍研磨后焊膏細(xì)度可達(dá) 13?μm；借助 LISICO LS?1 低場核磁共振分散穩(wěn)定性分析儀，以 T?弛豫時間量化評價焊膏分散穩(wěn)定性，測試結(jié)果表明隨著三輥機(jī)研磨次數(shù)增加，焊膏 T?弛豫時間降低，粉體團(tuán)聚被有效打碎，分散穩(wěn)定性得到提升。同時介紹 LISICO LS?1 儀器在工藝研究、保質(zhì)期評估、成品批次質(zhì)量管控方面的應(yīng)用，闡述 TRILOS 三輥機(jī)在均質(zhì)效率、操作精度、材質(zhì)選配、維護(hù)、智能物聯(lián)方面的核心優(yōu)勢，為 AMB 基板用 AgCuTi 活性焊膏的制備、工藝優(yōu)化與質(zhì)量檢測管控提供完整解決方案。

關(guān)鍵詞：AMB 基板；AgCuTi 活性焊膏；三輥機(jī)；混料脫泡；低場核磁共振；分散穩(wěn)定性；第三代半導(dǎo)體

隨著電力電子技術(shù)高速發(fā)展，第三代半導(dǎo)體加速規(guī)模化應(yīng)用。傳統(tǒng) DBC 陶瓷基板存在結(jié)合可靠性差、覆銅厚度受限等缺陷，難以滿足功率器件高可靠應(yīng)用要求。AMB 活性金屬釬焊陶瓷基板可靠性優(yōu)勢突出，現(xiàn)已成為行業(yè)重點(diǎn)研究方向。

相比于 DBC 基板，AMB 基板熱導(dǎo)率高、銅層附著力強(qiáng)、熱阻小、可靠性優(yōu)異，非常適用于新能源汽車、機(jī)車 IGBT 模塊封裝。其核心工藝為：在無氧銅與陶瓷之間涂覆 AgCuTi 焊膏，在 800~900℃高真空條件下釬焊成型。

AgCuTi 活性焊膏由釬料粉末和粘結(jié)劑復(fù)配，常溫操作，可防止活性 Ti 氧化，保證釬焊質(zhì)量。傳統(tǒng)球磨工藝混合漿料，普遍存在分散細(xì)度不足、均勻性差、耗時長、難清洗等問題，限制工藝提升。針對這一痛點(diǎn)，借助 TRILOS TR80A 三輥機(jī)，實(shí)現(xiàn) AgCuTi 活性焊膏高效均勻分散研磨。

一、材料與設(shè)備

材料：AgCuTi合金粉末（初始顆粒20μm左右）+松油醇

加工設(shè)備： TRILOS TR80A 電子控制型三輥機(jī)，搭配氧化鋯輥筒與合金鋼刮刀

TRILOS TR80A型三輥機(jī)為實(shí)驗(yàn)室型三輥機(jī)的中間型號。其0.02L/hour至20L/hour的處理量解決了用戶從實(shí)驗(yàn)室測試到中小規(guī)模試產(chǎn)的跨越銜接問題。高度創(chuàng)意化的設(shè)計(jì)令設(shè)備結(jié)構(gòu)更為緊湊小巧，可便于安置在實(shí)驗(yàn)室桌面使用。極富親和力的人機(jī)界面由全觸控工業(yè)控制屏來實(shí)現(xiàn)。獨(dú)特的在線間隙修正和配方菜單功能使設(shè)備使用操作更為輕松，令用戶不再面對冰冷的設(shè)備，而是以交互式的操作方式來進(jìn)行控制。

二、分散研磨工藝與測試結(jié)果

1. 用TRILOS PM600V混料脫泡機(jī)預(yù)混合AgCuTi 活性焊膏。

圖1 TRILOS PM600V混料脫泡機(jī)

2. 將預(yù)處理后的漿料，用 TRILOS TR80A三輥機(jī)處理6遍，物料出料均勻，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

圖2 用TRILOS TR80A三輥機(jī)處理AgCuTi 活性焊膏

3. 漿料經(jīng)三輥機(jī)分散后，通過出料口收集，同時用刮板細(xì)度計(jì)檢測粒徑。由下圖得知，研磨后物料的最終細(xì)度可達(dá) 13μm，滿足客戶的工藝指標(biāo)要求，為后續(xù) AMB 陶瓷基板的釬焊工序奠定了堅(jiān)實(shí)的物料基礎(chǔ)。

圖3 刮板細(xì)度計(jì)檢測粒徑結(jié)果

4. 經(jīng)過TRILOS三輥機(jī)分散制備的 AgCuTi 活性焊膏，可采用LISICO LS?1分散穩(wěn)定性分析儀表征其穩(wěn)定性。通過對比不同三輥工藝參數(shù)、粉體批次及配方體系下 AgCuTi 焊膏的分散效果，確定最佳工藝參數(shù)，預(yù)判儲存過程顆粒團(tuán)聚風(fēng)險，保證釬焊活性組分分布均勻，降低焊縫缺陷概率。

三、LISICO LS?1分散穩(wěn)定性分析儀

作為新一代顆粒測試與界面表征儀器，該儀器采用時域核磁共振（TD?NMR）技術(shù)，無需稀釋樣品、不破壞樣品原始狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對AgCuTi 活性焊膏分散效果的精準(zhǔn)量化與檢測。   

 其核心測試原理基于固/液兩相體系的弛豫特性差異：在AgCuTi 活性焊膏中，合金粉末表面會吸附一層溶劑分子（束縛水），其運(yùn)動受到顆粒表面的限制，弛豫時間較短；而遠(yuǎn)離顆粒的自由溶劑分子（自由水）運(yùn)動不受限，弛豫時間較長。該儀器通過核磁探頭產(chǎn)生靜磁場與射頻場，激發(fā)漿料樣品產(chǎn)生核磁信號，經(jīng)譜儀放大處理后，由計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)后處理，獲得弛豫時間及弛豫譜圖。根據(jù)弛豫時間可精準(zhǔn)評價漿料中顆粒的分散程度——弛豫時間越短，說明分散穩(wěn)定性越好；反之則表明顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，分散效果不佳。

圖4 低場 NMR 中自由水與結(jié)合水的分子運(yùn)動特性示意圖

該儀器單個樣品測試時長不超過3分鐘，樣品無需提前預(yù)處理或者稀釋；搭配高精度控溫模塊，保障測試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，適用于各類漿料體系的分散穩(wěn)定性檢測。

圖5 LISICO LS-1 分散穩(wěn)定性分析儀

將樣品裝入色譜瓶，經(jīng)干式恒溫器恒溫處理1?h后，使用LISICO LS-1分散穩(wěn)定性分析儀測定樣品的T2弛豫時間。

圖6樣品的T2弛豫時間

從圖6的測試結(jié)果可以看出，樣品的T2弛豫時間隨分散次數(shù)增加持續(xù)降低，表明相較于預(yù)混合原樣（0號樣品），采用TRILOS TR80A三輥機(jī)處理 AgCuTi 活性焊膏，焊膏的分散效果隨分散次數(shù)增加不斷提升。充分說明TRILOS三輥機(jī)的高剪切作用可有效打碎粉體團(tuán)聚，增大顆粒比表面積，提升表面束縛相占比，改善焊膏分散狀態(tài)。

結(jié)合活性焊膏生產(chǎn)流程，LISICO LS-1 分散穩(wěn)定性分析儀可貫穿AgCuTi 活性焊膏制備、工藝優(yōu)化、成品檢測全環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)管控分散狀態(tài)。 

應(yīng)用場景1：……（下載閱讀全文）