T∕CI 918-2025 活性金属钎焊（AMB）陶瓷基板

ICS31.030CCSL90团体标准T/CI918—2024活性金属钎焊（AMB）陶瓷基板Activemetalbrazing（AMB）ceramicsubstrates2025⁃03⁃03发布2025⁃03⁃03实施中国国际科技促进会发布ⅠT/CI918—2024前言 引言 1范围 2规范性引用文件 3术语和定义 4分类 4.1通孔型活性金属钎焊陶瓷基板 4.2常规型活性金属钎焊陶瓷基板 5技术要求 5.2优先顺序 5.3材料要求 5.4外观要求 5.5尺寸要求 5.6性能指标 6检测方法 6.1外观检测方法 6.2尺寸检测方法 6.3击穿强度 6.4翘曲度 6.5表面粗糙度 6.6晶粒尺寸 6.7覆铜烧结空洞率 6.8可焊性 6.9引线键合强度 6.10电路区域绝缘耐压 6.11铜箔剥离强度 6.12高温耐温特性 6.13冷热循环 6.14镀层厚度 6.15表面离子污染 6.16岛间漏电流 7检验规则 ⅡT/CI918—2024 7.2检验与测试环境条件 7.3鉴定检验 7.4质量一致性检验 ⅢT/CI918—2024本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由中国国际科技促进会提出并归口。本文件起草单位：江苏富乐华半导体科技股份有限公司、辽宁伊菲科技股份有限公司、上海富乐华半导体科技有限公司、广州先艺电子科技有限公司、浙江德汇电子陶瓷有限公司、苏州汇科技术股份有限公司、合肥阿基米德电子科技有限公司、南京中江新材料科技有限公司、合肥圣达电子科技实业有限公司、浙江亚通新材料股份有限公司、东莞市湃泊科技有限公司、哈尔滨工业大学（威海）、西安航科创星电子科技有限公司、山东天锐电子科技有限公司、苏州玖凌光宇科技有限公司、四川富乐华半导体科技有限公司、江苏富乐华功率半导体研究院有限公司、广州诺顶智能科技有限公司、泰州市艾瑞克新型材料有限公司、普瑞斯新材料科技（江苏）有限公司、深圳市湃泊科技有限公司绍兴德汇半导体材料有限公司、通标中科标准化技术服务（北京）有限公司。ⅣT/CI918—2024活性焊料是含有对氧具有高活性金属元素（如含有Ti、Zr、Hf、V等任意一种或多种）的钎焊料，其特点是能直接润湿陶瓷、石墨等材料。本文仅针对用于真空钎焊覆铜陶瓷基板的相关内容进行阐述。本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及以下与“化学成分”相关的专利的使用。专利号专利名称专利持有人ZL202010139272.5一种高可靠性氮化硅覆铜陶瓷基板的铜瓷界面结构及其制备方法江苏富乐华半导体科技股份有限公司本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。该专利持有人已向本文件的发布机构承诺，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下，就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案，相关信息可以通过以下联系方式获得：专利持有人姓名：江苏富乐华半导体科技股份有限公司地址：江苏省东台市城东新区鸿达路18号邮政编码：224249联系人：张登将，电话邮箱：zhangdj@请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。1T/CI918—2024AMB本文件规定了电子封装用活性金属钎焊陶瓷基板的要求、试验方法、检验规则、标识、包装、运输和贮存等。本文件适用于采用活性金属钎焊陶瓷烧结工艺制备的活性金属钎焊陶瓷基板。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划GB/T4677—2002印制板测试方法GB/T4798.1环境条件分类环境参数组分类及其严酷程度分级第1部分：贮存GB/T5593电子元器件结构陶瓷材料GB/T6394—2017金属平均晶粒度测定方法GB/T14594电真空器件用无氧铜板和带GB/T16261—2017印制板总规范GB/T16921—2005金属覆盖层覆盖层厚度测量X射线光谱法GB/T29847—2013印制板用铜箔实验方法GJB548C—2021电子元器件试验程序3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。AMB在钎焊材料中加入活性金属元素（如Ti、Zr、Hf和V等，其中的一种或几种利用这些元素与陶瓷基板表面的反应实现界面冶金结合，使陶瓷基板与铜箔相结合的工艺。活性金属钎焊陶瓷基板activemetalbrazingceramicsubstrate利用活性钎焊技术制备的覆铜陶瓷基板或覆铝陶瓷基板。注：以下简称“基板”。以氮化硅粉作为原料，采用流延成型工艺，经高温烧结加工而制成的陶瓷基片。氮化铝（AIN）陶瓷基片aluminiumnitrideceramicsubstrate以氮化铝粉作为原料，采用流延成型工艺，经高温烧结加工而制成的陶瓷基片。2T/CI918—2024氧化锆增韧氧化铝（ZTA）陶瓷基片zirconiatoughenedaluminaceramicssubstrate含一定量氧化锆（氧化锆含量一般≤12%）的氧化铝陶瓷基片。陶瓷破损ceramicbreakage陶瓷受外力或环境影响，其内部结构发生破坏，导致的陶瓷材料破裂、损伤。陶瓷毛刺ceramicburrs由于材料加工、烧制或其他制造过程中产生的，在陶瓷材料表面或边缘形成的非故意凸起或残留物。陶瓷裂纹ceramiccracks由于材料内部缺陷、应力集中或外部因素导致的材料表面或内部形成的裂缝。钎焊空洞brazingcavity钎焊工序过程中陶瓷材料与金属进行钎焊连接时，形成的未被填充的空隙或孔洞。应力释放点dimple为释放应力在图形边缘蚀刻出的孔洞，通常为圆形或其他特定形状。图形切割线与图纸标准位置发生偏移。表面花纹pattern烧结过程中铜箔表面晶粒局部发生再结晶变化而出现的花纹。引线键合强度wirebondingstrength半导体芯片与基板间、或基板与基板间、基板与引线框架间，连接的焊线点的强度。铜表面离子污染coppersurfaceionpollution裸铜表面游离态离子造成的污染。铜箔剥离强度copperpeelstrength将铜箔与陶瓷剥离开所需要的力值。4分类4.1通孔型活性金属钎焊陶瓷基板活性金属钎焊陶瓷基板结构如图1所示，陶瓷通孔。3T/CI918—2024图1通孔型活性金属钎焊陶瓷基板4.2常规型活性金属钎焊陶瓷基板常规型活性金属钎焊陶瓷基板结构如图2所示，陶瓷无通孔。图2常规型活性金属钎焊陶瓷基板5技术要求一般情况下基板的要求与检验方法都应符合本文件要求。当客户有特殊要求时，应在采购文件中或图纸中规定；本文未提及的规定由供需双方商定。5.2优先顺序当本文件的要求与其他文件要求有矛盾时，文件采用的优先顺序如下：a）基板采购文件（包括订购合同、产品设计文件、技术协议、更改文件等b）指定的其他文件；c）本文件；d）其他相关文件。5.3材料要求陶瓷基片分为氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷及氧化锆增韧氧化铝陶瓷，陶瓷基片性能指标应符合表14T/CI918—2024中的规定。表1陶瓷基片要求序号项目单位要求备注氮化硅陶瓷基片（Si3N4）氮化铝陶瓷基片（AlN）氧化锆增韧氧化铝陶瓷基片（ZTA）1厚度公差mm±7%±7%±7%2差mm±1.5%（最小的公差范围是0.10mm）±1.5%（最小的公差范围是0.10mm）±1.5%（最小的公差范围是0.10mm）3翘曲度mm≤0.40%×L或按用户要求≤0.40%×L或按用户要求≤0.40%×L或按用户要求L为产品对角线尺寸4三点抗弯强度MPa≥700≥350≥600威布尔模量>105体积密度g/cm3≥3.2≥3.25≥3.76热导率W/（m·K）≥80（常规）≥50（低热导）≥170≥22测试参考温度25℃7热膨胀系数×10-6/℃≤3≤4.5≤7.8测试参考温度25℃~400℃8击穿强度（AC）kV/mm≥20≥20≥209断裂韧性MPa·m½参考值5.0参考值4.5参考值6.810介电常数—89~10（参考值）9~10（参考值）测试条件1MHz、25℃注：AMB用陶瓷类型厚度一般分为：SiN4（025mm、0.32mmAlN（0.25mm、0.38mm、0.5mm、0.635mm、1.0mmZTA（0.25mm、0.32mm、0.38mm特殊要求除外。铜材应采用无氧压延铜，且性能应符合GB/T14594及表2中的要求。表2铜材的要求项目单位要求维氏硬度HV60~120（负载0.5kg）电导率S/m58×106杂质元素含量%<0.1氧含量%<0.001注：AMB用铜片类型厚度一般分为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm，特殊要求除外。5.3.3活性金属钎焊陶瓷基板母板利用范围要求活性金属钎焊陶瓷基板母板常规最大利用范围为127.00mm×178.00mm。5T/CI918—20245.4外观要求基板应满足下列外观要求。5.4.1陶瓷破损允许范围允许L≤T，D≤0.5T，B≤0.5T；允许四周外拐角区域的破损：L≤T，D≤T，B≤T。陶瓷边缘破损示意图如图3所示；不允许上述要求之外的陶瓷破损。标引符号说明：L——破损长度；B——破损宽度；D——破损深度；T——陶瓷厚度。图3陶瓷边缘破损示意图允许满足图纸尺寸要求的陶瓷毛刺，若图纸无要求时，陶瓷毛刺按照单枚出货产品尺寸公差（+0.20/-0.05mm）管控；不允许上述要求之外的陶瓷毛刺。注：“+/-”指上下限标准。允许肉眼不可见的氧化、污渍；不允许铜面有肉眼可见的氧化，污渍。不允许铜表面线路导体桥接或连通，不允许腐蚀残留>1/3间距，不允许图形间的腐蚀残留。6T/CI918—2024允许铜面过腐蚀深度≤1/4间距，不允许铜面过腐蚀深度>1/4间距。图形面：打线区不允许，其他区域≤1mm，非图形面：≤2mm。允许深度在取样长度0.8mm下测量粗糙度Rz≤50μm的轻微划痕，不允许表面严重划伤，如果表面有镀层，非核心区域（焊接、键合）的镀层表面不允许露铜。图形面：打线区不允许有凹坑；其他区域允许有直径不超过0.5mm的凹坑，深度不允许见瓷。非图形面：允许有直径不超过1.0mm的凹坑，深度不允许见瓷。不允许有裂纹。图形面：打线区不允许有目视可见的气泡；其他区域允许有直径不超过1mm的气泡。图形面的线条下，应无贯通的气泡；气泡不应应跨接相邻导体。非图形面：允许有直径不超过1mm的气泡。允许有不超过3个不完整的应力释放点；不允许上述要求之外的应力释放点。切割错位应符合设计规定的公差要求；若无要求，瓷边距>0.5mm，切割错位按照瓷边距理论值±0.2mm进行管控，瓷边距≤0.5mm，切割错位按瓷边距设计值±0.15mm进行管控。允许在不影响基板性能的情况下，铜表面有色差。允许在公差范围内油墨溢出到铜面，允许一定的阻焊偏移，印刷工艺按照±0.2mm管控，曝光显影工艺按照±0.2mm。色差现象。不允许拼缝宽度>2mm，或有明显的高度差。7T/CI918—20245.4.16焊料蚀刻残留允许焊料残留直径≤1/4间距且不超过200μm，不允许沟槽最小绝缘距离内有焊料残留。5.4.17表面镀露铜/镀镍金露镍不允许镀层露铜及露镍直径>0.2mm，打线区域不能有露底材的情况，图形面单一焊盘上不能超5.4.18镀镍金渗镀镀镍金渗镀的大小<1/4的陶瓷间距。5.4.19选择镀产品表面沾污选择性镀镍金/镀银产品：允许铜面边缘的镀层沾污，不允许沾污到基板表面。5.4.20选择镀产品位置偏差不允许偏差超过1mm，如图纸有规定，以图纸为准。二维码应清晰且能扫描识别。5.4.22打孔瓷粉残留允许瓷粉残留小于孔周长的10%，不允许陶瓷边缘堆积瓷粉超过10%。5.4.23陶瓷孔边缘破损允许孔边缘破损宽度≤1mm，长度≤2mm；不允许孔边缘破损宽度>1mm，长度>2mm。5.5尺寸要求尺寸公差应符合表3中的规定。表3基板尺寸公差项目公差小板尺寸公差+0.20mm-0.05mm大板尺寸公差（138.00±1.5%）mm×（190.00±1.5%）mm图形尺寸公差0.30mm~0.80mm铜厚执行±0.35mm铜边到瓷边距公差铜瓷间距>0.5mm：±0.2mm铜瓷间距≤0.5mm：±0.15mm产品总厚度公差±7.00%激光切割孔径公差激光切割深度公差±0.10mm通孔锥度差值≤1/10瓷厚通孔孔径≥0.3mm8T/CI918—20245.6性能指标基板性能指标应符合表4中的规定，表面离子污染应符合表5中的规定。表4基板的性能要求序号项目单位要求1击穿强度（AC）kV/mm≥202翘曲度mm≤0.40%×L或按用户要求3表面粗糙度Ra≤1.50、Rz≤50.004晶粒尺寸≤1000.005覆铜烧结空洞率—<1%6可焊性—每一个被测表面（即每个焊盘）应当有至少95%的面积润湿良好7引线键合强度≥1000.00，且焊点铝丝残留>50%@直径0.3mm铝丝8电路区域绝缘耐压（漏电流）mA≤2.009铜箔剥离强度N/mm≥10.00@0.40mmCu10高温耐温特性—测试后陶瓷无开裂、铜瓷无剥离，且满足电路区域绝缘耐压及击穿强度要求11冷热循环—3N4≥2000次，@使用0.32陶瓷基板&0.3铜，推荐载板尺寸35mm×35mmAIN≥100次，@0.635陶瓷基板&0.3铜，推荐载板尺寸35mm×35mmZTA≥1000次，@0.32陶瓷基板&0.3铜，推荐载板尺寸35mm×35mm12镀层厚度镀镍层3.00~8.00，其他按合同要求13表面离子污染见表5不带抗氧化层的基板（裸铜工艺要求见表514岛间漏电流nA≤100表5表面离子污染要求（裸铜工艺）离子最大质量浓度（mg/kg）最大表面浓度(µg/cm²)锂Lithium（Li+）<5.00<0.002钠Sodium（Na+）<10.00<0.005铵根Ammonium（NH4+）(※)<20.00<0.010钾Potassium（K+）<10.00<0.005镁Magnesium（Mg2+）<100.00<0.050钙Calcium（Ca2+）<100.00<0.050氟Fluoride（F-）<10.00<0.005乙酸根Acetate（CH3COO-）<20.00<0.020甲酸根Formate（HCOO-）氯Chloride（Cl-）<20.00<10.00<0.010<0.005亚硝酸根Nitrite（NO2-）<20.00<0.020溴Bromide（Br-）<5.00<0.002硝酸根Nitrate（NO3-）<20.00<0.0109T/CI918—2024表5表面离子污染要求（裸铜工艺续）离子最大质量浓度（mg/kg）最大表面浓度(µg/cm²)硫酸根Sulfate（SO42-）<20.00<0.010磷酸根Phosphate（PO43-）<20.00<0.010注1：标注※的离子不适用于AlN产品。注2：最大质量浓度、最大表面浓度满足任意条件即可。6检测方法6.1外观检测方法外观在暗室内台灯光线下将基板放在视线的正偏下方进行目测，台灯光线应满足照度在350lx~30cm；针对微裂纹采用显微镜检测。6.2尺寸检测方法长度和宽度使用精确度为0.02mm的游标卡尺或其他能够保证测量准确度的测量仪器测量。厚度使用准确度为0.001mm的千分尺或其他能够保证测量准确度的测量仪器测量，测量点最少应距基片边缘1.00mm。电路区尺寸使用二维平面测量，测量电路区尺寸时，线宽和线距均按底部测量，用户有特殊要求达成一致的除外。顶部/底部测量图示见下图4。图4顶部/底部测量图示6.3击穿强度击穿强度按照GB/T5593规定方法来测量（业内通常采用AC）。按GB/T4677—2002中7.3.2试验12b中塞规法测量。6.5表面粗糙度表面粗糙度按照GB/T29847—2013中6.7的要求测量，取样区域应距铜层边缘1.00mm以上，取样长度0.8mm。6.6晶粒尺寸晶粒尺寸按照GB/T6394—2017中的8.3.2测量。10T/CI918—20246.7覆铜烧结空洞率要求如下：a）试验目的：检测基板覆铜层与陶瓷的结合情况；b）试验设备：超声波扫描电镜；c）操作：将基板放入装水的试样槽内，按照GJB548C—2021中的方法2030.1要求进行C模式成像扫描，分辨率Res.X为1000、超声频率50MHz；d）试验后，扫描显示空洞的尺寸图形面<Φ1.00mm，非图形面<Φ1.00mm，空洞率小于1%。要求如下。a）试验目的：检测焊膏在产品表面的浸润性。b）试验设备：加热平台。c）操作：将加热平台升温至（288±5）℃,以备使用，在样品表面涂覆焊膏，保证涂覆层薄厚薄均匀；将涂覆焊膏的样品摆放在加热平台3s~10s，待焊膏完全熔融，然后平移至冷却区域；待焊膏冷却凝固后，判断其可浸润面积。d）试验后，产品的可焊性应符合表4中的要求。6.9引线键合强度要求如下：a）试验目的：检测芯片与基板间引线键合的强度；b）试验设备：推拉力测试机；c）操作：按GJB548C—2021的方法2011.2要求测量，铝丝直径300μm，将焊完引线的基板固定在测试仪器上，调整推刀高度，使得推刀最低不接触基板表面，剪切高度≤30.00μm，推刀速度0.50mm/s；d）试验后，引线键合失效时的推力应符合表4中的要求。6.10电路区域绝缘耐压按照GB/T4677—2002中的第6章试验7要求测量。在绝缘油中对正非图形面施加交流电压2.5kV，升压速率1000V/s，持续60s，不应击穿，且漏电流值<2.00mA。6.11铜箔剥离强度铜箔剥离强度按照GB/T4677—2002中第7章试验10方法来测量。6.12高温耐温特性要求如下：a）试验目的：验证基板在高温下的强度；b）试验设备：带恒温功能的电加热炉；c）操作：将基板放置在电加热炉的加热板上，升温至450℃±10℃,保持恒温5min；d）试验后，基板不应开裂或铜瓷剥离，且满足电路区域绝缘耐压及击穿电压要求。注：该测试用于模拟用户焊接时基板的受热情况。11T/CI918—20246.13冷热循环要求如下：a）试验目的：检测基板对极端温度的耐受性；b）试验设备：高低温试验箱；c）测试产品：基板双面铜箔厚度均为0.3mm，氮化硅瓷片厚度0.32mm，氮化铝厚度0.635mm，氧化铝瓷片厚度0.32mm，或其他铜瓷组合；推荐载板尺寸35mm×35mm。d）操作：气态冲击，试验温度为（-55±10）℃/（150±10）℃,每循环高低温各保温15min，转换时e）试验后，绝缘耐压应符合表5中的规定，超声检查试样内部新增空洞不应超过3%。注：该测试用于评估基板的使用寿命。6.14镀层厚度镀层厚度按照GB/T16921—2005中的第3章要求测量。6.15表面离子污染裸铜工艺产品，按照GB/T4677—2002的第10章试验22a要求测量。其他等效方法可代替规定的方法，但是应当证明替代方法具有相同或更佳的灵敏度，且使用的溶剂应当具有与上述规定溶剂一样的溶解助焊剂残留物或其他污染物的能力。6.16岛间漏电流按照GB/T4677—2002中的第6章试验6要求测量。在空气中对图形面相邻两个铜岛施加直流电压1000V，漏电流值≤100nA。7检验规则质量评定可分为鉴定检验和质量一致性检验，其应符合GB/T16261—2017中第6章的要求。7.2检验与测试环境条件除另有规定外，根据GB/T4677—2002中4.1规定检验和测试在标准大气条件下进行：45%~75%；c）气压：86.00kPa~106.00kPa。7.3鉴定检验按本文件提供的覆铜陶瓷基板，应按表6的规定进行鉴定检验，鉴定应由能分析评估及计划用于生产覆铜陶瓷基板的相同设备和工艺生产的试生产件、生产件或附连测试板组成。鉴定也可以经与用户协商确定后采用包括供应商已成功出产类似产品的文件或规范组成。12T/CI918—2024铜箔剥离强度提供5个剥离测试条，其余鉴定项目每项5个成品基板。产品定型投产鉴定时，应按表7做完全部试验。已定型的正常批量产品，每三年至少应做一批按表7的全部试验。其中，项目栏标有（D）的是破坏性试验。表6鉴定检验序号项目检验方法合格判据抽样方案样本数n可接受数Ac1外观502尺寸表3503击穿强度（D）表4504翘曲度表4505表面粗糙度表4506晶粒尺寸表4507覆铜烧结空洞率表4508可焊性（D）表4509引线键合强度（D）表45010电路区域绝缘耐压（D）表45011铜箔剥离强度（D）表45012高温耐温特性（D）表45013冷热循环（D）表45014镀层厚度表45015表面离子污染表45016漏电流表450注1：抽样方案栏中，n、Ac分别为样本数和可接收数。注2：检验方法与合格判据采用相应章节号及表格所对应的标准。只要有一个检验项目中的一个样品不合格，则产品鉴定失败，不能给予鉴定合格。7.4质量一致性检验质量一致性检验包括逐批检验和周期检验。一个检验批应采用相同材料、相同工艺过程在相同条件下生产并一次提交检验的全部产品。13T/CI918—2024各检验批必须保持可追溯性。逐批检验应按表7的规定进行。检验合格并发放合格证后方可出厂。其中，项目栏标有（D）的是破坏性试验。AQL的具体抽样方案参考表7。如果初次提交不合格，应参考GB/T2828.1，按照一般抽样方案Ⅱ加严一级抽样再次检验，但只能重新提交一次。表7逐批检验序号项目检验方法合格判据抽样方案检验方式AQL样本数n可接受数Ac1外观全检———2尺寸表3抽检—503翘曲度表4抽检—504表面粗糙度表4抽检—505晶粒尺寸表4抽检—506覆铜烧结空洞率表4抽检——7可焊性（D）表4抽检—508引线键合强度（D）表4抽检—509电路区域绝缘耐压（D）表4抽检—5010镀层厚度表4抽检—5011漏电流表4抽检—50注1：抽样方案栏中，n、Ac分别为样本数和可接收数。注2：检验方法与合格判据采用相应章节号及表格所对应的标准。抽样方案参考GB/T2828.1，按照一般抽样方案Ⅱ进行抽样。如果一个检验批被拒收，供方可以返工修正缺陷或筛选出不合