现代微电子技术发展迅猛,芯片功率及模块功率密度大大升高,电子元件和系统工作热耗散显著增加。陶瓷覆铜基板具有优异的导热性、绝缘性、机械性能,广泛应用于功率电子、电子封装、混合微电子与多芯片模块等领域。


DBC直接键合陶瓷基板特性及应用
扫描二维码即可加入陶瓷基板交流群

陶瓷覆铜基板工艺主要有直接键合铜(DBC法、活性金属焊接(AMB)法、直接电镀铜(DPC)法和激光活化金属(LAM)法等。其中,直接键合铜(DBC)陶瓷基板逐渐取代传统的PCB基板,广泛应用于多芯片功率半导体模块电子线路。

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

DBC陶瓷基板 图源自网络

一、DBC工艺流程简介

DBC是在陶瓷表面(主要是氧化铝和氮化铝)键合铜箔的一种金属化方法,它是随着板上芯片(COB)封装技术的兴起而发展出来的一种新型工艺。

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

DBC工艺流程 图源自网络

其基本原理是在Cu与陶瓷之间引进氧元素,然后在1065~1083℃时形成Cu/O共晶液相,进而与陶瓷基体及铜箔发生反应生成CuAlO2或Cu(AlO2)2,并在中间相的作用下实现铜箔与基体的键合。

二、DBC陶瓷基板的主要陶瓷材料

DBC陶瓷基板所用的材料主要有氧化铝、氮化铝以及氧化铍。

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

三种材料部分性能表

2.1 氧化铝(Al2O3)

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

源自网络

氧化铝绝缘性好、化学稳定性好、强度高、而且价格低,是DBC技术的优选材料,但是氧化铝的热导率低,并且与Si的热膨胀系数还有一定的热失配;

2.2 氮化铝(AlN)

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

图源自网络

氮化铝无毒,介电常数适中,热导率远高于三氧化二铝,和氧化铍接近,热膨胀系数与Si接近,各类Si芯片和大功率器件可以直接附着在AIN基板生而不用其他材料的过渡层。目前用于DBC技术中前景广阔。

2.3 氧化铍(BeO)

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

图源自网络

氧化铍是一种常见的DBC技术用陶瓷材料,低温热导率高,制作工艺很完善,可用于中高功率器件。BeO的高热导率和低损耗特性迄今为止是其他陶瓷材料不可比拟的,但BeO有非常明显的缺点,其粉末有剧毒。

三、DBC陶瓷基板技术的特征

DBC基板在电力电子模块技术中,主要是作为各种芯片(IGBT芯片、Diode芯片、电阻、SiC芯片等)的承载体,DBC基板通过表面覆铜层完成芯片部分连接极或者连接面的连接,功能近似于PCB板。

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

DBC陶瓷基板 图源自网络

3.1 热性能好——陶瓷与金属界面间没有明显的中间层存在,没有底热导焊料,热扩散能力强;接触电阻也较低,有利于高功率高频器件的链接。

3.2  与Si相匹配的热膨胀系数——AIN基片的热膨胀系数和Si较接近,各类芯片可以直接焊于DBC基片上,使连接层数减少,减低热阻值。简化各类半导体结构。由于DBC基片中热膨胀系数和Si较为匹配,

3.3 工序简单——不需要MO-MN法复杂的陶瓷金属化工序,不需加焊料,涂钛粉等;可以将铜箔在链接前就制成所需的形状,免去了连接后的刻蚀工艺;

3.4 附着力强——金属和陶瓷之间具有具有足够的附着强度;

3.5 载流能力强—— 由于铜导体电性能优越,且有将强的载流能力,因此可以实现高功率容量。

四、DBC应用

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

DBC应用于IGBT模组 图源自网络

DBC陶瓷基板的应用下游很广。在半导体致冷器,电子加热器,大功率电力半导体模块,功率控制电路,功率混合电路,智能功率组件,高频开关电源,固态继电器,汽车电子,太阳能电池板组件,电讯专用交换机,接收系统,激光等多项工业电子领域均有DBC陶瓷基板的身影。

DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

扫描二维码即可加入陶瓷基板交流群

为了进一步加强交流,艾邦建有陶瓷基板交流群,诚邀陶瓷基板生产企业、设备、材料企业参与。目前群友包括:三环集团、佳利电子、中电13所、45所、中瓷电子、福建华清、富乐德、艾森达、莱鼎、博敏电子、珠海粤科京华、青岛沃晟微等加入。


活动推荐:

第二届高端电子陶瓷MLCC、LTCC产业高峰论坛

2021年7月9日(周五)

深圳 观澜 格兰云天酒店


时间

议题

演讲单位

09:00-09:25

开场介绍

艾邦智造 江耀贵 创始人

09:25-09:50

浅谈MLCC未来发展趋势

宇阳科技 陈永学 战略总监

9:50-10:15

MLCC高端关键生产装备国产化解决方案

宏华电子 梁国衡 副总工程师

10:15-10:40

茶歇

10:40-11:05

应用于电子陶瓷领域的毕克产品介绍

毕克化学 王玉立 博士

11:05-11:30

浅谈我国无源元器件的机遇与挑战

风华高科 黄昆 LTCC事业部经理/技术总监

11:30-11:55

微波毫米波无源集成关键材料与技术

南方科技大学工学院党委书记/副院长 汪宏 教授

11:55-14:00

午餐

14:00-14:25

封接玻璃作用机理及在电子元器件应用研究进展

华东理工大学 曾惠丹 教授/博导

14:25-14:50

LTCC高频低介电常数陶瓷生料带

上海晶材新材料 汪九山 总经理

14:50-15:15

稀土在先进电子陶瓷电容材料中的研究进展

晶世新材料 程佳吉 教授

15:15-15:40

高性能电容器材料的应用研究

上海硅酸盐研究所 陈学锋 研究员/博士

15:40-16:05

茶歇

16:05-16:30

MLCC产品失效分析和检测手段

深圳纳科科技 段建林 总经理

16:30-16:55

物理气相法制备MLCC内外电极金属粉体

江苏博迁新材料 江益龙 总经理

16:55-17:20

如何提升LTCC激光开孔效果对后段工艺良率影响

东莞盛雄激光 王耀波  高级项目总监

17:20-17:45

MLCC在5G基站的应用及可靠性评估方法

中兴 杨航 材料技术质量高级工程师

17:45-20:00

晚宴



点击阅读原文查看详情

原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):DBC直接键合陶瓷基板特性及应用

长按识别二维码关注公众号,点击下方菜单栏左侧“微信群”,申请加入交流群。

作者 ab