隨著電子技術的發(fā)展,芯片的集成度不斷提高,電路布線也越來越細。因此,每單位面積的功耗增加,導致發(fā)熱增加和潛在的設備故障。直接粘合銅(DBC)陶瓷基板因其優(yōu)異的導熱性和導電性而成為重要的電子封裝材料,特別是在功率模塊(IGBT)和集成電力電子模塊中。
一、DBC工藝的發(fā)展
DBC技術主要基于氧化鋁陶瓷基板的金屬化,由J.F. Burgess和Y.S. Sun于1970年代首次推出。在1980年代中期,美國通用電氣(GE)的DBC研究團隊使該技術實用。
經過多年的發(fā)展,該技術不僅在制備工藝方面取得了重大突破,而且在粘結強度和熱循環(huán)疲勞壽命方面也取得了重大突破。在電子封裝領域也取得了實質性進展。
一、DBC工藝原理
直接銅鍵合是一種金屬化方法,將銅箔直接粘合到陶瓷基板(主要是Al2O3)的表面上。其基本原理是將氧引入銅與陶瓷的界面中,然后在1065~1083°C下形成Cu/O共晶液相,與陶瓷基體和銅箔反應生成CuAlO2或Cu(AlO2)2,并借助中間相實現(xiàn)銅箔與基板之間的結合。由于AlN是非氧化物陶瓷,因此在其表面沉積銅的關鍵是形成Al2O3的過渡層,這有助于實現(xiàn)銅箔與陶瓷基板之間的有效結合。DBC熱壓鍵合中使用的銅箔一般較厚,范圍從100到600μm,并且具有很強的載流能力,使其適用于高溫和高電流等極端環(huán)境下的器件密封應用。它是[IGBT和LD封裝]領域成熟的標準器件,但DBC表面的最小線寬一般大于100μm,因此不適合精細電路的生產。
一、DBC陶瓷基板的性能
DBC陶瓷基板具有陶瓷特有的高導熱性、高電絕緣性、高機械強度、低膨脹的特點。它還結合了無氧銅的高導電性和出色的可焊性,允許蝕刻各種圖案。
1.優(yōu)良的絕緣性能:
使用DBC基板作為芯片載體,有效地將芯片與模塊的散熱基座隔離開來。DBC基板中的Al2O3陶瓷層或AlN陶瓷層增強了模塊的絕緣能力(絕緣電壓>2.5KV)。
2.優(yōu)異的導熱性:
DBC基材具有優(yōu)異的導熱性。在IGBT模塊的操作中,芯片表面會產生大量的熱量。這些熱量可以通過DBC基板有效地傳遞到模塊的散熱底座,再通過導熱硅脂進一步傳導到散熱器,實現(xiàn)模塊整體散熱。
3.熱膨脹系數(shù)與硅相似:
DBC襯底具有與硅(芯片的主要材料)相似的熱膨脹系數(shù)(7.1ppm / K)。這種相似性可防止應力損壞芯片。DBC基材具有優(yōu)異的機械性能、耐腐蝕性和最小的變形,適用于廣泛的溫度應用。
4.良好的機械強度:厚銅箔和高性能陶瓷材料為DBC基板提供了良好的機械強度和可靠性。
5.強大的載流能力:由于銅導體優(yōu)越的電氣性能和高載流能力,DBC基板可以支持高w功率容量。
一、DBC陶瓷基板的應用
DBC陶瓷基板具有廣泛的應用,包括大功率白光LED模塊,UV/深UV LED器件封裝,激光二極管(LD),汽車傳感器,冷凍紅外熱成像,5G光通信,高端冷卻器,聚光光伏(CPV),微波射頻器件和電子功率器件(IGBT)等眾多領域。雖然出現(xiàn)了像AMB和DBA這樣的12345.型陶瓷基板,但這并不意味著它們可以完全取代DBC。每個在功率和成本方面都有自己的應用場景,DBC仍然具有巨大的市場潛力。
【 文章來源:展至科技 】
審核編輯:湯梓紅
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