DBC陶瓷基板成为重要的电子封装材料

随着电子技术的发展，芯片的集成度不断提高，电路布线也越来越细。因此，每单位面积的功耗增加，导致发热增加和潜在的设备故障。直接粘合铜（DBC）陶瓷基板因其优异的导热性和导电性而成为重要的电子封装材料，特别是在功率模块（IGBT）和集成电力电子模块中。

直接敷铜陶瓷基板（DBC）由陶瓷基片与铜箔在高温下（1065℃）共晶烧结而成，最后根据布线要求，以刻蚀方式形成线路。由于铜箔具有良好的导电、导热能力，而氧化铝能有效控制 Cu-Al₂O₃-Cu复合体的膨胀，使DBC基板具有近似氧化铝的热膨胀系数。

DBC陶瓷基板分为3层，中间的绝缘材料是Al₂O₃或者AlN。Al₂O₃的热导率通常为24W/(m·K)，AlN的热导率则为170W/(m·K)。DBC基板的热膨胀系数与Al₂O₃/AlN相类似，非常接近LED外延材料的热膨胀系数，可以显著降低芯片与基板间所产生的热应力。

DBC工艺原理： DBC技术主要基于氧化铝陶瓷基板的金属化，由J.F. Burgess和Y.S. Sun于1970年代首次推出。直接铜键合是一种金属化方法，将铜箔直接粘合到陶瓷基板（主要是Al2O3和AlN）的表面上。其基本原理是将氧引入铜与陶瓷的界面中，然后在1065~1083°C下形成Cu/O共晶液相，与陶瓷基体和铜箔反应生成CuAlO2或Cu（AlO2）2，并借助中间相实现铜箔与基板之间的结合。由于AlN是非氧化物陶瓷，因此在其表面沉积铜的关键是形成Al2O3的过渡层，这有助于实现铜箔与陶瓷基板之间的有效结合。DBC热压键合中使用的铜箔一般较厚，范围从100到600μm，并且具有很强的载流能力，使其适用于高温和高电流等极端环境下的器件密封应用。

DBC陶瓷基板的性能：DBC陶瓷基板具有陶瓷特有的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低膨胀的特点。它还结合了无氧铜的高导电性和出色的可焊性，允许蚀刻各种图案。

1.优良的绝缘性能：

使用DBC基板作为芯片载体，有效地将芯片与模块的散热基座隔离开来。DBC基板中的Al2O3陶瓷层或AlN陶瓷层增强了模块的绝缘能力（绝缘电压>2.5KV）。

2.优异的导热性：

DBC基材具有优异的导热性。在IGBT模块的操作中，芯片表面会产生大量的热量。这些热量可以通过DBC基板有效地传递到模块的散热底座，再通过导热硅脂进一步传导到散热器，实现模块整体散热。

3.热膨胀系数与硅相似：

DBC衬底具有与硅（芯片的主要材料）相似的热膨胀系数（7.1ppm / K）。这种相似性可防止应力损坏芯片。DBC基材具有优异的机械性能、耐腐蚀性和最小的变形，适用于广泛的温度应用。

4.良好的机械强度：厚铜箔和高性能陶瓷材料为DBC基板提供了良好的机械强度和可靠性。

5.强大的载流能力：由于铜导体优越的电气性能和高载流能力，DBC基板可以支持高w功率容量。

DBC陶瓷基板的应用：DBC陶瓷基板具有广泛的应用，包括大功率白光LED模块，UV/深UV LED器件封装，激光二极管（LD），汽车传感器，冷冻红外热成像，5G光通信，高端冷却器，聚光光伏（CPV），微波射频器件和电子功率器件（IGBT）等众多领域。虽然出现了像AMB和DBA这样的12345.型陶瓷基板，但这并不意味着它们可以完全取代DBC。每个在功率和成本方面都有自己的应用场景，DBC仍然具有巨大的市场潜力。

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【文章来源】：展至科技

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