DBC陶瓷基板成為重要的電子封裝材料

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度不斷提高，電路布線也越來越細(xì)。因此，每單位面積的功耗增加，導(dǎo)致發(fā)熱增加和潛在的設(shè)備故障。直接粘合銅（DBC）陶瓷基板因其優(yōu)異的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性而成為重要的電子封裝材料，特別是在功率模塊（IGBT）和集成電力電子模塊中。

直接敷銅陶瓷基板（DBC）由陶瓷基片與銅箔在高溫下（1065℃）共晶燒結(jié)而成，最后根據(jù)布線要求，以刻蝕方式形成線路。由于銅箔具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力，而氧化鋁能有效控制 Cu-Al₂O₃-Cu復(fù)合體的膨脹，使DBC基板具有近似氧化鋁的熱膨脹系數(shù)。

DBC陶瓷基板分為3層，中間的絕緣材料是Al₂O₃或者AlN。Al₂O₃的熱導(dǎo)率通常為24W/(m·K)，AlN的熱導(dǎo)率則為170W/(m·K)。DBC基板的熱膨脹系數(shù)與Al₂O₃/AlN相類似，非常接近LED外延材料的熱膨脹系數(shù)，可以顯著降低芯片與基板間所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

DBC工藝原理： DBC技術(shù)主要基于氧化鋁陶瓷基板的金屬化，由J.F. Burgess和Y.S. Sun于1970年代首次推出。直接銅鍵合是一種金屬化方法，將銅箔直接粘合到陶瓷基板（主要是Al2O3和AlN）的表面上。其基本原理是將氧引入銅與陶瓷的界面中，然后在1065~1083°C下形成Cu/O共晶液相，與陶瓷基體和銅箔反應(yīng)生成CuAlO2或Cu（AlO2）2，并借助中間相實(shí)現(xiàn)銅箔與基板之間的結(jié)合。由于AlN是非氧化物陶瓷，因此在其表面沉積銅的關(guān)鍵是形成Al2O3的過渡層，這有助于實(shí)現(xiàn)銅箔與陶瓷基板之間的有效結(jié)合。DBC熱壓鍵合中使用的銅箔一般較厚，范圍從100到600μm，并且具有很強(qiáng)的載流能力，使其適用于高溫和高電流等極端環(huán)境下的器件密封應(yīng)用。

DBC陶瓷基板的性能：DBC陶瓷基板具有陶瓷特有的高導(dǎo)熱性、高電絕緣性、高機(jī)械強(qiáng)度、低膨脹的特點(diǎn)。它還結(jié)合了無氧銅的高導(dǎo)電性和出色的可焊性，允許蝕刻各種圖案。

1.優(yōu)良的絕緣性能：

使用DBC基板作為芯片載體，有效地將芯片與模塊的散熱基座隔離開來。DBC基板中的Al2O3陶瓷層或AlN陶瓷層增強(qiáng)了模塊的絕緣能力（絕緣電壓>2.5KV）。

2.優(yōu)異的導(dǎo)熱性：

DBC基材具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性。在IGBT模塊的操作中，芯片表面會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。這些熱量可以通過DBC基板有效地傳遞到模塊的散熱底座，再通過導(dǎo)熱硅脂進(jìn)一步傳導(dǎo)到散熱器，實(shí)現(xiàn)模塊整體散熱。

3.熱膨脹系數(shù)與硅相似：

DBC襯底具有與硅（芯片的主要材料）相似的熱膨脹系數(shù)（7.1ppm / K）。這種相似性可防止應(yīng)力損壞芯片。DBC基材具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐腐蝕性和最小的變形，適用于廣泛的溫度應(yīng)用。

4.良好的機(jī)械強(qiáng)度：厚銅箔和高性能陶瓷材料為DBC基板提供了良好的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。

5.強(qiáng)大的載流能力：由于銅導(dǎo)體優(yōu)越的電氣性能和高載流能力，DBC基板可以支持高w功率容量。

DBC陶瓷基板的應(yīng)用：DBC陶瓷基板具有廣泛的應(yīng)用，包括大功率白光LED模塊，UV/深UV LED器件封裝，激光二極管（LD），汽車傳感器，冷凍紅外熱成像，5G光通信，高端冷卻器，聚光光伏（CPV），微波射頻器件和電子功率器件（IGBT）等眾多領(lǐng)域。雖然出現(xiàn)了像AMB和DBA這樣的12345.型陶瓷基板，但這并不意味著它們可以完全取代DBC。每個(gè)在功率和成本方面都有自己的應(yīng)用場景，DBC仍然具有巨大的市場潛力。

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【文章來源】：展至科技

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