陶瓷基覆铜板性能要求与标准

1、陶瓷基覆铜板性能要求与标准从前面论述可以看出，陶瓷基覆铜板是根据电力电子模块电路的要求进行了不同的功能设计，从而形成了许多品种和规格的系列产品。这里主要介绍以Al2O3陶瓷-Cu板（100600m）进行直接键合的陶瓷基覆铜板，因为此种规格是目前生产规模最大，应用范围最广，应用效果最好的一种产品。 一、Al2O3-DBC的制作Al2O3-DBC就是指采用Al2O3陶瓷片与铜板在高温和惰性气体中直接键合而成的陶瓷基覆铜板。其制作流程为：这里所使用的Al2O3瓷片一般是指Al2O3含量96%，适用于薄膜电路或厚膜电路的电子陶瓷片经特殊加工处理而成。二、Al2O3-DBC的制作的键合机理在高温下含氧量

2、一定的气氛中，金属铜表面氧化形成一薄层Cu2O,温度高于低共熔点时，出现Cu-Cu2O共晶液相，其中的Cu2O相与Al2O3陶瓷有着良好的亲和性，使界面能降低，共晶液相能很好地润湿铜和陶瓷。同时液相中的Cu2O与Al2O3发生化学反应，形成CuAlO2：冷却后通过Cu-Al-O化学键，Cu2O与Al2O3陶瓷牢固键合在一起。在Cu2O与金属接触的另一端，以Cu-O离子键将Cu2O与铜层紧密联接起来，但是这一层的键合力与Cu2O/Al2O3反应键合相比要小一些。从拉脱试验中可以看出，当铜层拉离了瓷体，在陶瓷上留下粉红色岛状的Cu2O晶粒。三、Al2O3-DBC覆铜板的性能要求1 铜导带和Al2O

3、3陶瓷基片在高温适合的气氛中直接键合，具有较高的导热性。热导率为:1428W/m.K.2 DBC的热膨胀系数同于Al2O3基片（7.4x10-6/），与Si相近并和Si芯片相匹配，可以把大型Si芯片直接搭乘在铜导体电路上，省去了传统模块中用钼片等过渡层。3 由于DBC制作主要以化学键合为主，所以键合强度十分高，拉脱强度大于50N/mm2，剥离强度大于9N/mm。4 基板耐可焊接性好，使用温度高。传统PCB一般在260 60s左右，DBC成型温度在1000左右，在260可以多次焊接，-55+88范围内长期使用具有优异的热可靠性。5 可以利用传统PCB制作工艺设备进行精细线路的加工制作。具有通用性

4、，适宜于大批量生产。6 引线和芯片可焊性好。7 不会产生金属迁移。8 耐电压高（15kY/mm）9 绝缘层电阻率高（一般大于1x10 14.mm）。导电层铜电路的电阻率极其低（2.5x10-6.mm），电流通过时发热。10 导电层100600/m，可根据电路模块设计任意的大电流。11 导电铜电路的电阻率极其低（2.5x10-6.mm），电流通过时发热。12 高频损耗小（tan陶瓷键合的温度下，Cu2O与大多数氧化物陶瓷还没能形成低共熔相，但如果键合温度与这一低温度较接近时可以增强陶瓷表面的活性，更好地促进Cu-Cu2O共晶熔体对陶瓷的湿润。表4-4列出了Cu2O与其他氧化物陶瓷形成低共熔点的温

5、度。从表中可以看出Al2O3,ZrO2,SiO2和Cr2O3陶瓷与Cu2O形成低共熔相的温度不是很高，铜_陶瓷键合的温度（约1080左右）比较接近，有的甚至低于这一温度（如SiO2）。因而在键合的工艺条件下Cu2O与陶瓷晶粒的界面之间已有很大的活性,Cu-Cu2O共晶熔体能很好地湿润陶瓷，冷却后形成牢固的键合。而Cu2O与MgO陶瓷之间由于形成低共熔点的温度要高得多，因而在相对较低的温度下不易形成键合。（四）氧化物结构的影响键合时铜_陶瓷界面发生微观结构的变化或进行化学反应，不可缺少的因素就是在界面间发生原子迁移。当Cu2O与Al2O3陶瓷发生化学反应时，其中的铜元素通过扩散将渗透到Al2O3

6、陶瓷晶格中，形成Cu-Al-O键（尽管这一反应层很薄），从而形成牢固的化学键合。因此，铜能否与其他氧化物陶瓷形成键合，与键合时氧化物的结构是否便于铜元素的扩散将有一定的关系。外来原子在晶体中的扩散主要是通过置换和填隙这两种方式进行的。而置换方式要求两个金属离子的尺寸相近，离子半径相差应小于15%。对于Cu+离子的半径为0.95x10-10m比一般的金属离子半径要大，不易形成置换式固溶。各种金属的离子半径见表4-7。主要是以填隙方式进入晶格的间隙中。形成填隙固溶体的能力与基质的晶体结构有关。在面心立方结构的MgO中，能利用的填隙位置仅仅是4个氧离子包围的四面体的位置。而在金红石结构的TiO2中通常有空着的八面体间隙