8月28-30日，合肥圣達(dá)、華清電子、蘇州艾成、廣德東風(fēng)、陶芯科等DBC陶瓷基板廠商將參加艾邦深圳精密陶瓷暨功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈展，地址：深圳國(guó)際會(huì)展中心7號(hào)館，參展報(bào)名請(qǐng)聯(lián)系龍小姐：18318676293（同微信）
直接覆銅陶瓷基板(DBC)又稱覆銅陶瓷基板，是銅在高溫條件下直接燒結(jié)到氧化鋁或ZTA、氮化鋁陶瓷上的一種金屬化基板，技術(shù)最先由J.F.Burgess和Y.S.Sun等人于1975年提出。DBC基板具有熱導(dǎo)率高、載流能力強(qiáng)、絕緣性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力電子器件、LED、太陽能組件、半導(dǎo)體制冷器等各種產(chǎn)品領(lǐng)域中。
圖 DBC基板在IGBT領(lǐng)域的應(yīng)用
直接覆銅陶瓷基板(DBC)是利用銅與氧在高溫低氧含量時(shí)形成的銅氧共晶液相，相互接觸潤(rùn)濕的兩個(gè)材料表面反應(yīng)生成CuAlO2、Cu(AlO2)2等復(fù)合氧化物，實(shí)現(xiàn)銅與陶瓷的緊密的結(jié)合，直接覆銅陶瓷基板具有如下特點(diǎn)：
⑤導(dǎo)電性能優(yōu)，電流負(fù)載能力強(qiáng)。
目前電子電力模塊（IGBT）中，DBC氧化鋁基板（Al2O3-DBC）應(yīng)用最為廣泛。
1.Al2O3-DBC基板的敷接技術(shù)步驟
圖 Al2O3-DBC基板的敷接技術(shù)步驟
直接覆銅陶瓷基板(DBC)技術(shù)是Al2O3陶瓷基板上表面形成金屬化層?？梢岳貌牧舷鄨D(Materials Phase Diagram)來說明，下圖為Cu-O材料相圖，由相圖中可知銅在溫度1,065~1,083℃，氧濃度在100~3,900 ppm之問的亞共晶區(qū)(HypoeutecticRegion)，屬于Cu(固態(tài))+ Cu(液態(tài))共存區(qū)，液態(tài)Cu為低溫的Cu2O化合物相轉(zhuǎn)變。因此，利用此共晶現(xiàn)象與Al2O3陶瓷能產(chǎn)生不同的相(CuAlO2或CuAl2O4)，進(jìn)而使Cu與Al2O3結(jié)合。
圖 Cu-O材料相圖(Phase Diagram)
2.影響DBC基板結(jié)合強(qiáng)度的因素
金屬與陶瓷接合強(qiáng)度取決于接合處的界面金屬層化合物的種類和存在形式。在接合過程中有氧氣的情況下，銅(Cu)與氧化鋁陶瓷(Al2O3)會(huì)依據(jù)反應(yīng)式生成六方結(jié)構(gòu)的CuAlO2相和立方結(jié)構(gòu)的CuAl2O4相；在惰性氣氛或弱氧化氣氛條件下進(jìn)行接合，其界面可能存在的相主要是CuAlO2相。
4Cu(s)+Q2+2?Al2O3(s)=4?CuAlO2(s)
2Cu(s)+Q2+2?Al2O3?(s)=4?CuAlO2?(s)
在DBC工藝中影響銅與陶瓷結(jié)合強(qiáng)度的因素很多，由其敷接原理可知，要實(shí)現(xiàn)化鋁與銅的有效結(jié)合須滿足如下幾點(diǎn):
①控制適當(dāng)?shù)难醯囊肓?/span>
DBC 工藝中氧的引入是影響結(jié)合強(qiáng)度另一個(gè)重要因素。但氧含量很難精確控制。傳統(tǒng)的方法有兩種引入方式：a）將銅箔在空氣中氧化在銅表面生成一定厚度CuO層。b）在弱氧環(huán)境下將銅箔氧化生成一定厚度Cu2O。就所起作用來看，兩者近乎相同，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮方式a)是較有價(jià)值的。
②敷接溫度要介于最低共晶點(diǎn)與銅的熔點(diǎn)之間即在1065℃~1083℃之間
金屬銅(Cu)在加熱的過程中下表面會(huì)形成一層很薄的Cu2O。由相圖中可知，當(dāng)加熱溫度達(dá)到1065℃~1083℃，則會(huì)形成Cu-O的共晶液體，共晶液體中的氧化亞銅(Cu2O)與氧化鋁(?Al2O3)具有良好的親合性，能降低界面能，使銅(Cu)與氧化鋁Al2O3被共晶液體潤(rùn)濕，同時(shí)會(huì)在界面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，銅原子會(huì)擴(kuò)散滲透到Al2O3陶瓷中，進(jìn)而形成Cu-O-Al鍵結(jié)，從而形成牢固的化學(xué)鍵及形成化合物CuAlO2。
在理論上只要溫度介于1065°C~1083°℃之間即可實(shí)現(xiàn)敷接，但在實(shí)際敷接過程中必須要生成一定量的共晶液，若共晶液相對(duì)較少則難于實(shí)現(xiàn)敷接或結(jié)合強(qiáng)度較低。而共晶液的產(chǎn)生和敷接溫度有直接的關(guān)系。
合適的保溫時(shí)間也是 DBC工藝重要的參數(shù)，時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)敷接的效果有影響。DBC基板保溫時(shí)較短時(shí)界面層生成較少，導(dǎo)致接合強(qiáng)度較低。隨著保溫時(shí)間的增加，Cu/ Al2O3間的界金層變厚，結(jié)合強(qiáng)度也會(huì)隨之提高；然而，保溫時(shí)間過長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致界面反應(yīng)層過厚，接合處界面會(huì)形成許多缺陷導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度的下降，因此需要精地控制保溫時(shí)間，以確保Cu、Al、O三種元素能充分?jǐn)U散與結(jié)合。
資料來源：
《金屬直接敷接陶瓷基板制備方法與性能研究》，井敏；
《在Al2O3基板上直接結(jié)合銅基金屬的性能評(píng)估》，鄭宇志.
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦陶瓷展）：掌握這3個(gè)要素，讓DBC陶瓷基板結(jié)合力更強(qiáng)
