DBC直接覆銅陶瓷基板的工藝流程和性能優(yōu)勢(shì)

    DBC直接覆銅陶瓷基板采用DBC工藝制作，DBC英文簡稱是”Direct Bonding Copper”，直接覆銅陶瓷基板的意思。DBC陶瓷覆銅基板是采用陶瓷粉體如氧化鋁，氮化鋁，或者摻雜氧化鋯，經(jīng)過流延，燒結(jié)制成陶瓷基板，然后進(jìn)行金屬化，制備成陶瓷覆銅板。

  一，陶瓷覆銅基板的分類：

 不過這里要注意的是，DBC只是陶瓷基板做成陶瓷覆銅板的一種方式，

此外還有DPC直接電鍍銅陶瓷基板、AMB活性金屬焊接陶瓷基板，LAM活性金屬焊接陶瓷基板等。

      在當(dāng)前功率半導(dǎo)體發(fā)展勢(shì)頭正猛之時(shí)，DBC基板也備受關(guān)注，接下來看一下DBC直接覆銅陶瓷基板的工藝流程以及特點(diǎn)。

  二，DBC陶瓷基板工藝介紹和流程

 直接覆銅（DirectBond Copper，簡稱DBC）陶瓷基板是一種將高

絕緣性的氧化鋁（Al2O3）或氮化鋁（AlN）陶瓷基板覆上銅金屬的新型復(fù)合材料。經(jīng)由高溫1065~1085℃的環(huán)境加熱，使銅金屬因高溫氧化、擴(kuò)散與陶瓷產(chǎn)生共晶熔體，使銅與陶瓷基板黏合，形成陶瓷復(fù)合金屬基板；然后根據(jù)線路設(shè)計(jì)菲林貼膜曝光顯影，通過蝕刻方式備制線路基板。 主要應(yīng)用于功率半導(dǎo)體模塊封裝、制冷器及高溫墊片。

DBC基板是一種陶瓷表面金屬化技術(shù)，DBC基板主要有兩種材料，Al2O3陶瓷基板和AlN陶瓷基板。氧化鋁和氮化鋁陶瓷基板的表面金屬化技術(shù)大致相同。以Al2O3陶瓷基板為例，通過在含氧的氮?dú)釴2氣氛中，將陶瓷基板加熱，使銅Cu箔直接焊覆在氧化鋁Al2O3基板上。

DBC基板是一種陶瓷表面金屬化技術(shù)，DBC基板主要有兩種材料，Al2O3陶瓷基板和AlN陶瓷基板。氧化鋁和氮化鋁陶瓷基板的表面金屬化技術(shù)大致相同。以Al2O3陶瓷基板為例，通過在含氧的氮?dú)釴2氣氛中，將陶瓷基板加熱，使銅Cu箔直接焊覆在氧化鋁Al2O3基板上。

在陶瓷表面金屬化過程中，Cu原子與O原子形成的Cu2O共晶液相，潤濕了互相接觸的Cu箔和Al2O3陶瓷表面，同時(shí)還與Al2O3發(fā)生反應(yīng)，生成Cu(AlO2)2、Cu(AlO2)等復(fù)合氧化物，充當(dāng)共晶釬焊用的焊料，使二者牢固的結(jié)合在一起。AlN陶瓷基板是一種非氧化物陶瓷，覆接銅箔的關(guān)鍵是使其表面形成符合上述覆接條件的過渡層。在過渡層上覆接銅箔的機(jī)理與Al2O3陶瓷基板大致相同。

該技術(shù)上世紀(jì)70年代初由美國通用電氣(GE)公司研發(fā)成功。由于該鍵合技術(shù)工藝復(fù)雜，后續(xù)工藝工序繁瑣以及專用工藝設(shè)備的限制，致使在DBC技術(shù)研發(fā)成功的最初十幾年內(nèi)，幾乎未能形成DBC陶瓷覆銅板的規(guī)模生產(chǎn)。但DBC陶瓷覆銅板的各種優(yōu)異特性引起美國和西歐大型器件公司的高度重視，經(jīng)過扎實(shí)研發(fā)解決了銅和陶瓷的浸潤工藝，使DBC陶瓷覆銅板實(shí)現(xiàn)了良好的分子鍵合，大大提高了DBC陶瓷覆銅板的性能。

三，DBC陶瓷基板的性能優(yōu)勢(shì)

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。

     DBC基板具有絕緣性能好、散熱性能好、熱阻系數(shù)低、膨脹系數(shù)匹配、機(jī)械性能優(yōu)、焊接性能佳的顯著特點(diǎn)。

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。

DBC基板具有絕緣性能好、散熱性能好、熱阻系數(shù)低、膨脹系數(shù)匹配、機(jī)械性能優(yōu)、焊接性能佳的顯著特點(diǎn)。

1、絕緣性能好

使用DBC基板作為芯片的承載體，可有效的將芯片與模塊散熱底板隔離開，DBC基板中間的Al2O3陶瓷層或者AlN陶瓷層可有效提高模塊的絕緣能力(陶瓷層絕緣耐壓>2.5KV)。

2、導(dǎo)熱優(yōu)異

DBC基板具有良好的導(dǎo)熱性，熱導(dǎo)率為20-260W/mK，IGBT模塊在運(yùn)行過程中，在芯片表面產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量可有效的通過DBC基板傳輸?shù)侥K散熱底板上，再通過底板上的導(dǎo)熱硅脂傳導(dǎo)于散熱器上，完成模塊的整體散熱流動(dòng)。

3、DBC基板膨脹系數(shù)與芯片接近

DBC基板膨脹系數(shù)同硅(芯片主要材質(zhì)為硅)相近(7.1ppm/K)，不會(huì)造成對(duì)芯片的應(yīng)力損傷，DBC基板抗剝力>20N/mm2,具有優(yōu)秀的機(jī)械性能，耐腐蝕，不易發(fā)生形變，可在較寬溫度范圍內(nèi)使用。

4、焊接性能良好

                                DBC基板在IGBT模組中

DBC基板焊接性能良好，焊接空洞率小于5%，DBC基板具有較厚的銅層,該銅層能夠負(fù)擔(dān)很高的電流負(fù)載，在相同截面下，僅需要通常PCB板的12%的導(dǎo)電寬度，在單位體積內(nèi)能傳輸更大的功率，提高系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性。

正是由于DBC基板的各種優(yōu)良性能，DBC基板被廣泛應(yīng)用于各型大功率半導(dǎo)體特別是IGBT封裝材料的制備。

四，DBC陶瓷基板都使用什么設(shè)備

DBC主要工藝流程為：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。從工藝流程可以看出，主要涉及設(shè)備有清洗設(shè)備，燒結(jié)爐，刻蝕設(shè)備，電鍍線，激光設(shè)備，劃片切割設(shè)備等。

     以上是小編分享的關(guān)于DBC直接覆銅陶瓷基板的工藝介紹，性能優(yōu)勢(shì)以及使用設(shè)備，更多DBC直接覆銅陶瓷基板的問題可以咨詢金瑞欣特種電路。

                                                                                                                內(nèi)容來源借鑒：艾邦陶瓷展