DBA陶瓷基板與DBC陶瓷基板有什么區(qū)別
功率電子器件不斷發(fā)展,散熱問題成為非常重要的解決問題。在功率電子封裝中,散熱基板不僅承擔(dān)著電氣鏈接和機(jī)械支撐的作用,更是熱量傳輸?shù)闹匾ǖ?。目前功率電子器件用的比較多的散熱基板有DBA陶瓷基板與DBC陶瓷基板,那么DBA陶瓷基板與DBC陶瓷基板有什么區(qū)別。
一,什么是DBA陶瓷基板?有什么優(yōu)勢?
車載大功率敷鋁基板為復(fù)合動(dòng)力汽車動(dòng)力控制及變換系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件,采用是就是DBA陶瓷基板。
圖 DBA陶瓷基板,來源:三菱綜合材料
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
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。
二、DBA陶瓷基板的特點(diǎn)、應(yīng)用以及與DBC陶瓷基板的區(qū)別
1,DBA陶瓷基板的特點(diǎn)、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。
目前,DBA陶瓷基板已被實(shí)際用作混合動(dòng)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。
2,DBA陶瓷基板與DBC陶瓷基板的區(qū)別
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。
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。同樣DBC陶瓷基板因?yàn)楦层~,能夠承載更大電流、導(dǎo)熱性更好,應(yīng)用更廣泛。更多散熱陶瓷基板可以咨詢金瑞欣特種電路。