直接覆銅陶瓷基板(DBC)是一種將高絕緣性的氧化鋁(AI2O3)或氮化鋁(AIN)陶瓷基板覆上銅金屬的新型復(fù)合材料。它是通過在高溫下將銅與陶瓷表面直接結(jié)合而成的，無需中間層或粘合劑。根據(jù)陶瓷材料的不同,DBC基板可以分為氧化鋁直接覆銅基板(AI2O3-DBC)和氮化鋁直接覆銅基板(AIN-DBC)。如今被廣泛應(yīng)用于大功率電力電子模塊中，如汽車電子、IGBT、激光器（LD）和聚焦光伏（CPV）等。艾邦建有陶瓷基板產(chǎn)業(yè)群，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加入。

（DBC直接覆銅陶瓷基板 圖源：華清電子）

一、DBC工藝流程、材料及原理

1、工藝流程 

陶瓷基片和銅箔的清洗烘干→銅箔預(yù)處理→銅箔與陶瓷基片的高溫共晶鍵合→冷熱階梯循環(huán)冷卻→質(zhì)檢→按要求刻蝕圖形→化學(xué)鍍鎳(或鍍金)→質(zhì)檢→激光劃片、切割→成品質(zhì)檢→真空或充氮?dú)獍b→入成品庫。   

雖然 DBC 基板在實(shí)際應(yīng)用中有諸多優(yōu)勢，但在制備過程中要嚴(yán)格控制共品溫度及氧含量，對設(shè)備和工藝控制要求較高，生產(chǎn)成本也較高。此外，由于厚銅刻蝕限制，無法制備出高精度線路層。

2、工藝原理 

直接覆銅陶瓷基板(DBC)是在銅與陶瓷之間加入氧元素，在1065~1083℃溫度間得到 Cu-O 共晶液，隨后反應(yīng)得到中間相（CuAlO2或CuAl2O4），從而實(shí)現(xiàn)Cu板和陶瓷基板化學(xué)冶金結(jié)合，最后再通過光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖形制備，形成電路。

DBC陶瓷基板分為3層，中間的絕緣材料是Al2O3或者AIN。Al2O3的熱導(dǎo)率通常為24W/(m·K)，AIN的熱導(dǎo)率則為170W/(m·K)。DBC基板的熱膨脹系數(shù)與Al2O3/AIN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。

3、材料：

DBC直接覆銅陶瓷基板應(yīng)用的最常用的材料分別是氧化鋁和氮化鋁。

氧化鋁(Al2O3)：

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

氮化鋁(AlN)：

AlN陶瓷比Al2O3陶瓷具有更高的熱導(dǎo)率，在大功率電力電子等需要高熱傳導(dǎo)的器件中逐漸替代Al2O3陶瓷，應(yīng)用前景廣闊。AlN陶瓷還因其具有低的二次電子發(fā)射系數(shù)，被看作是功率真空電子器件輸能窗口的首選材料。   

二、DBC工藝特點(diǎn)： 

直接覆銅陶瓷基板由于同時(shí)具備陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度高、結(jié)合力強(qiáng)、防腐蝕以及優(yōu)良的熱循環(huán)性能和銅箔的良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱能力，所以得到廣泛應(yīng)用。在近幾十年里，覆銅基板在大功率電子封裝方面取得了重要成就這要得益于直接覆銅基板的如下性能：   

1、高絕緣性能：

由于陶瓷本身具有高絕緣性，因此可以防止電流泄漏或短路，提高電氣安全性。氧化鋁直接覆銅基板的絕緣強(qiáng)度為15kV/mm，氮化鋁直接覆銅基板的絕緣強(qiáng)度為20kV/mm。 

2、優(yōu)良的熱導(dǎo)性能：

由于銅與陶瓷之間沒有中間層，因此可以有效地傳導(dǎo)熱量，提高散熱效率。氧化鋁直接覆銅基板的熱導(dǎo)率為24W/mK，氮化鋁直接覆銅基板的熱導(dǎo)率為170W/mk。

3、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(dǎo)體結(jié)構(gòu)。由于DBC基片中熱膨脹系數(shù)和Si較為匹配。

4、強(qiáng)大的載流能力：

由于銅導(dǎo)體電性能優(yōu)越，且有將強(qiáng)的載流能力，因此可以實(shí)現(xiàn)高功率容量。

5、可蝕刻各種圖形： 

與PCB基板一樣可以刻蝕出各種結(jié)構(gòu)的圖形。

6、附著力強(qiáng):

金屬和陶瓷之間具有足夠的附著強(qiáng)度。          

三、應(yīng)用范圍

DBC陶瓷基板廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體致冷器，電子加熱器，大功率電力半導(dǎo)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，太陽能轉(zhuǎn)換器，電訊專用交換機(jī)，接收系統(tǒng)，激光等多項(xiàng)工業(yè)電子領(lǐng)域。其中特別是由于銅箔較厚(100~600m)，在IGBT和LD封裝領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。

文章整理于網(wǎng)絡(luò) 

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