隨著電子技術的不斷進步，散熱問題已經逐漸成為限制功率型電子產品朝著大功率與輕型化方向發展的瓶頸。在功率型電子元器件的封裝應用中，散熱基板不僅承擔著電氣連接和機械支撐等功能，更是熱量傳輸的重要通道。陶瓷基板是功率模塊中常用的材料，具有特殊的熱、機械和電氣特性，是適用于要求嚴苛的電力電子應用的理想之選，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，圖源網絡
車載大功率電子陶瓷敷鋁基板作為復合動力汽車動力控制及變換系統的關鍵零部件，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工藝技術發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，其結構與DBC 相似，也可以像PCB一樣蝕刻出各式各樣的圖形。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對陶瓷有較好的潤濕性能來實現。在660℃以上液態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晶生長，冷卻到室溫實現兩者結合。
圖 ? 傳統敷鋁陶瓷基方法：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陶瓷基板的發展狀況
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基于DBA基板的高抗熱震性、低重量，使其有廣泛的應用前景和進一步推廣改進的價值。目前國內外對 DBA技術做了大量的研究工作，但對鋁/陶瓷界面的結構細節方面的研究還不夠深入。因對氧含量有嚴格的限制，DBA對設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，不適合精細線路的制作，使其推廣和應用受到限制。DBA陶瓷基板相關企業有三菱綜合材料、DOWA、IXYS公司等。
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二、DBA陶瓷基板的特點及應用
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應力較大，抗熱震性能相對較差，在受到熱循環作用時，容易在界面處產生裂紋，導致DBC基板整體失效；且CuAlO2/CuAl2O4的導熱性差，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，在界面上無化學反應，且純鋁自身良好的塑性能夠緩解界面因熱膨脹系數不同引起的熱應力，抗剝離強度較大，提高了可靠性。鋁的導電性能雖沒有銅優越，但鋁來源充足，價格低廉，與銅相比，鋁具有較低的熔點，與陶瓷基板有相對較好的浸潤性，優良的塑性等特點，DBA具有與DBC不同的性能特點：1）優良的抗熱震疲勞性能。金屬鋁具有比銅更低的屈服強度，其塑性變形速率更平緩，在受到熱循環作用時，可有效降低鋁和陶瓷之間的內應力。
2）良好的熱穩定性；
3）重量輕，與同結構的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定性能，且重量輕、熱應力小，對提高在極端溫度下工作器件的穩定性十分明顯，因此特別適合用于功率電子電路。目前，DBA陶瓷基板已被實際用作混合動力汽車和產業機器的變頻器的絕緣電路基板，優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、航空航天等領域。
原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：比DBC基板輕44%！什么是直接敷鋁（DBA）陶瓷基板
