隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，散熱問題已經(jīng)逐漸成為限制功率型電子產(chǎn)品朝著大功率與輕型化方向發(fā)展的瓶頸。在功率型電子元器件的封裝應(yīng)用中，散熱基板不僅承擔(dān)著電氣連接和機(jī)械支撐等功能，更是熱量傳輸?shù)闹匾ǖ馈Ｌ沾苫迨枪β誓K中常用的材料，具有特殊的熱、機(jī)械和電氣特性，是適用于要求嚴(yán)苛的電力電子應(yīng)用的理想之選，目前陶瓷基板種類有HTCC、LTCC、TFC、DBC、DBA、DPC等。
圖 ?豐田普銳斯 IGBT 中 Al-AlN 鍵合基板，圖源網(wǎng)絡(luò)
車載大功率電子陶瓷敷鋁基板作為復(fù)合動力汽車動力控制及變換系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，隨著豐田公司在世界上率先推出的普銳斯（Prius）問世而誕生。一、什么是DBA陶瓷基板
直接敷鋁陶瓷基板（Direct Bonded Aluminum，DBA）是基于DBC工藝技術(shù)發(fā)展起來的新型金屬敷接陶瓷基板，是鋁與陶瓷層鍵合而形成的基板，其結(jié)構(gòu)與DBC 相似，也可以像PCB一樣蝕刻出各式各樣的圖形。圖 ?DBC基板結(jié)構(gòu)，來源：三菱綜合材料1.DBA陶瓷基板敷接原理
DBA陶瓷基板敷接過程是利用鋁在液態(tài)對陶瓷有較好的潤濕性能來實(shí)現(xiàn)。在660℃以上液態(tài)Al和陶瓷潤濕后，隨著溫度的降低，Al就直接在陶瓷表面提供的晶核結(jié)晶生長，冷卻到室溫實(shí)現(xiàn)兩者結(jié)合。
圖 ? 傳統(tǒng)敷鋁陶瓷基方法：a)液相敷接法，b)金屬過渡法敷鋁基板技術(shù)有液鋁敷接法和金屬過渡法。金屬鋁在空氣中極易氧化，在鋁液表面生成一層致密的氧化鋁膜，大大降低了鋁液與陶瓷的潤濕性，影響陶瓷基板敷鋁過程及敷接強(qiáng)度，因此改善鋁與陶瓷的潤濕性是制備DBA陶瓷基板的必要條件。可通過去除鋁表面氧化層，采用一定的措施隔絕氧氣，或通過在陶瓷表面形成一層金屬過渡層，通過Al-金屬共晶液相，解決鋁與陶瓷界面潤濕性不佳的問題。2.DBA陶瓷基板的發(fā)展?fàn)顩r
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基于DBA基板的高抗熱震性、低重量，使其有廣泛的應(yīng)用前景和進(jìn)一步推廣改進(jìn)的價(jià)值。目前國內(nèi)外對 DBA技術(shù)做了大量的研究工作，但對鋁/陶瓷界面的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)方面的研究還不夠深入。因?qū)ρ鹾坑袊?yán)格的限制，DBA對設(shè)備和工藝控制要求較高，基板制作成本較高，且表面鍵合鋁厚度一般在100μm 以上，不適合精細(xì)線路的制作，使其推廣和應(yīng)用受到限制。DBA陶瓷基板相關(guān)企業(yè)有三菱綜合材料、DOWA、IXYS公司等。
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二、DBA陶瓷基板的特點(diǎn)及應(yīng)用
銅和氧化鋁敷接的溫度較高（>1000℃），界面形成中間相CuAlO2/CuAl2O4，所以敷銅氧化鋁基板的內(nèi)應(yīng)力較大，抗熱震性能相對較差，在受到熱循環(huán)作用時(shí)，容易在界面處產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致DBC基板整體失效；且CuAlO2/CuAl2O4的導(dǎo)熱性差，影響基板的整體散熱性能。而鋁和氧化鋁陶瓷基板的敷接是物理潤濕，在界面上無化學(xué)反應(yīng)，且純鋁自身良好的塑性能夠緩解界面因熱膨脹系數(shù)不同引起的熱應(yīng)力，抗剝離強(qiáng)度較大，提高了可靠性。鋁的導(dǎo)電性能雖沒有銅優(yōu)越，但鋁來源充足，價(jià)格低廉，與銅相比，鋁具有較低的熔點(diǎn)，與陶瓷基板有相對較好的浸潤性，優(yōu)良的塑性等特點(diǎn)，DBA具有與DBC不同的性能特點(diǎn)：1）優(yōu)良的抗熱震疲勞性能。金屬鋁具有比銅更低的屈服強(qiáng)度，其塑性變形速率更平緩，在受到熱循環(huán)作用時(shí)，可有效降低鋁和陶瓷之間的內(nèi)應(yīng)力。
2）良好的熱穩(wěn)定性；
3）重量輕，與同結(jié)構(gòu)的DBC相比減輕44%；
4）良好的鋁線鍵合能力；
5）鋁與陶瓷之間的熱應(yīng)力相對較小。
圖 ? DBA陶瓷基板與DBC陶瓷基板主要性能特征比較DBA與DBC 在很多方面類似，但是相比于DBC，DBA具有顯著的抗熱震性能和熱穩(wěn)定性能，且重量輕、熱應(yīng)力小，對提高在極端溫度下工作器件的穩(wěn)定性十分明顯，因此特別適合用于功率電子電路。目前，DBA陶瓷基板已被實(shí)際用作混合動力汽車和產(chǎn)業(yè)機(jī)器的變頻器的絕緣電路基板，優(yōu)異的性能使其在對高可靠性有特殊要求的器件上具有巨大的潛力，非常適合用于汽車電子、航空航天等領(lǐng)域。
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：比DBC基板輕44%！什么是直接敷鋁（DBA）陶瓷基板
