DBC直接鍵合陶瓷基板特性及應用

現(xiàn)代微電子技術(shù)發(fā)展迅猛,芯片功率及模塊功率密度大大升高,電子元件和系統(tǒng)工作熱耗散顯著增加。陶瓷覆銅基板具有優(yōu)異的導熱性、絕緣性、機械性能，廣泛應用于功率電子、電子封裝、混合微電子與多芯片模塊等領域。

陶瓷覆銅基板工藝主要有直接鍵合銅（DBC）法、活性金屬焊接(AMB)法、直接電鍍銅(DPC)法和激光活化金屬(LAM)法等。其中，直接鍵合銅(DBC)陶瓷基板逐漸取代傳統(tǒng)的PCB基板，廣泛應用于多芯片功率半導體模塊電子線路。

DBC陶瓷板

一、DBC工藝流程簡介

DBC是在陶瓷表面(主要是氧化鋁和氮化鋁)鍵合銅箔的一種金屬化方法，它是隨著板上芯片(COB)封裝技術(shù)的興起而發(fā)展出來的一種新型工藝。

DBC工藝流程

其基本原理是在Cu與陶瓷之間引進氧元素，然后在1065～1083℃時形成Cu/O共晶液相，進而與陶瓷基體及銅箔發(fā)生反應生成CuAlO2或Cu(AlO2)2，并在中間相的作用下實現(xiàn)銅箔與基體的鍵合。

二、DBC陶瓷基板的主要陶瓷材料

DBC陶瓷基板所用的材料主要有氧化鋁、氮化鋁以及氧化鈹。

三種材料部分性能表

2.1 氧化鋁(Al2O3)

氧化鋁絕緣性好、化學穩(wěn)定性好、強度高、而且價格低，是DBC技術(shù)的優(yōu)選材料，但是氧化鋁的熱導率低，并且與Si的熱膨脹系數(shù)還有一定的熱失配；

2.2 氮化鋁(AlN)

氮化鋁無毒，介電常數(shù)適中，熱導率遠高于三氧化二鋁，和氧化鈹接近，熱膨脹系數(shù)與Si接近，各類Si芯片和大功率器件可以直接附著在AIN基板生而不用其他材料的過渡層。目前用于DBC技術(shù)中前景廣闊。

2.3 氧化鈹(BeO)

氧化鈹是一種常見的DBC技術(shù)用陶瓷材料，低溫熱導率高，制作工藝很完善，可用于中高功率器件。BeO的高熱導率和低損耗特性迄今為止是其他陶瓷材料不可比擬的，但BeO有非常明顯的缺點，其粉末有劇毒。

三、DBC陶瓷基板技術(shù)的特征

DBC基板在電力電子模塊技術(shù)中，主要是作為各種芯片(IGBT芯片、Diode芯片、電阻、SiC芯片等)的承載體，DBC基板通過表面覆銅層完成芯片部分連接極或者連接面的連接，功能近似于PCB板。

3.1 熱性能好——陶瓷與金屬界面間沒有明顯的中間層存在，沒有底熱導焊料，熱擴散能力強；接觸電阻也較低，有利于高功率高頻器件的鏈接。

3.2 與Si相匹配的熱膨脹系數(shù)——AIN基片的熱膨脹系數(shù)和Si較接近，各類芯片可以直接焊于DBC基片上，使連接層數(shù)減少，減低熱阻值。簡化各類半導體結(jié)構(gòu)。由于DBC基片中熱膨脹系數(shù)和Si較為匹配，

3.3 工序簡單——不需要MO-MN法復雜的陶瓷金屬化工序，不需加焊料，涂鈦粉等；可以將銅箔在鏈接前就制成所需的形狀，免去了連接后的刻蝕工藝；

3.4 附著力強——金屬和陶瓷之間具有具有足夠的附著強度；

3.5 載流能力強—— 由于銅導體電性能優(yōu)越，且有將強的載流能力，因此可以實現(xiàn)高功率容量。

四、DBC應用

DBC應用于IGBT模組

DBC陶瓷基板的應用下游很廣。在半導體致冷器，電子加熱器，大功率電力半導體模塊，功率控制電路，功率混合電路，智能功率組件，高頻開關(guān)電源，固態(tài)繼電器，汽車電子，太陽能電池板組件，電訊專用交換機，接收系統(tǒng)，激光等多項工業(yè)電子領域均有DBC陶瓷基板的身影。

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