目前，覆銅陶瓷載板中常用陶瓷材料包括：氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）、氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）、氮化硅（Si3N4）。

表 覆銅陶瓷載板中常用陶瓷材料性能與技術(shù)特點

表格來源：富樂德公告資料

DBC-ZTA與DBC-Al2O3相比，具有更高的可靠性，與AMB覆銅襯板比，更具有價格優(yōu)勢。隨著國內(nèi)新能源汽車市場快速發(fā)展，以氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA，Zirconia Toughened Alumina）陶瓷為基材的DCB陶瓷基板因其能滿足入門級新能源汽車的性能需求，應(yīng)用于新能源汽車核心三電模塊等領(lǐng)域，市場需求持續(xù)增長，目前備受行業(yè)關(guān)注。

圖 各類陶瓷覆銅板熱阻，來源：KCC

圖?DBC-ZTA與DBC-Al2O3對比，來源：KCC

下面為大家介紹一下ZTA陶瓷基板。

1）ZTA陶瓷的主要機(jī)制

ZTA陶瓷是以Al2O3為基體，部分穩(wěn)定ZrO2為增韌相的一種復(fù)相陶瓷材料。ZTA陶瓷的機(jī)械性能介于Al2O3陶瓷和ZrO2陶瓷之間，既保留了Al2O3陶瓷高硬度和耐磨的特性，又有ZrO2陶瓷斷裂韌性好和抗彎強(qiáng)度高的優(yōu)點，且價格低于ZrO2陶瓷。

圖 ZTA陶瓷基板抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性與ZrO2含量的變化關(guān)系曲線，來源：吳崇雋等：ZTA陶瓷基板力學(xué)和光學(xué)性能的研究

由于ZrO2的熱膨脹系數(shù)大于氧化鋁，而且ZrO2的燒結(jié)溫度低于Al2O3，所以ZrO2晶粒燒結(jié)完成以后處于張應(yīng)力狀態(tài)，有利于ZrO2四方相向單斜相產(chǎn)生馬氏體相變，相變晶粒的剪切應(yīng)力和體積膨脹對基體產(chǎn)生壓應(yīng)變，使裂紋擴(kuò)展需要更大的能力，從而增加了ZTA陶瓷基體的韌性。

圖 ZTA陶瓷基板，來源NIKKO

2）ZTA陶瓷基板的優(yōu)勢

相較于氧化鋁基板，ZTA基板在某些應(yīng)用中具有多項優(yōu)勢：

①增強(qiáng)韌性

ZTA 基板將鋯的韌性與氧化鋁的硬度相結(jié)合，這使得 ZTA 相較于純氧化鋁更具抗裂性和抗破裂性。在涉及機(jī)械應(yīng)力或需要抗沖擊的應(yīng)用中，這種增強(qiáng)的韌性尤為有利。

②改善的抗熱震性

與純氧化鋁相比，ZTA基板通常具有更好的抗熱震性，這意味著它能夠承受快速的溫度變化而不會開裂或損壞，這對于涉及突然溫度波動的應(yīng)用至關(guān)重要。

③更佳的抗裂性能

在 ZTA 材料中，鋯的存在有助于抑制裂紋的擴(kuò)展。這一特性在基板可能承受循環(huán)或重復(fù)負(fù)載的應(yīng)用中尤其有價值。

④降低脆性

盡管氧化鋁是相對脆的材料，ZTA中的鋯可以幫助減少其脆性。在應(yīng)力集中可能發(fā)生的應(yīng)用中，脆性的降低使ZTA基板更加具有適應(yīng)性。

⑤較高的抗彎強(qiáng)度

ZTA基板通常具有較高的抗彎強(qiáng)度，這在需要高承載能力的應(yīng)用中非常有用，例如結(jié)構(gòu)性部件或承受彎曲力的部件。

⑥潛在的重量減輕

ZTA基板的增強(qiáng)韌性和機(jī)械性能可能允許設(shè)計出比純氧化鋁更薄、更輕的部件，而不影響性能。

⑦可調(diào)節(jié)的材料特性

ZTA的成分可以調(diào)整以實現(xiàn)特定的材料性能，根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行定制。這種靈活性有助于滿足多樣化的應(yīng)用需求。

⑧耐磨性

由于其硬度和韌性，ZTA基板通常表現(xiàn)出良好的耐磨性，適合在涉及磨損或侵蝕性磨損的應(yīng)用中使用。

圖 ZTA陶瓷基板，來源：艾森達(dá)

3）ZTA陶瓷基板的應(yīng)用領(lǐng)域

由于ZTA陶瓷具有優(yōu)良的散熱性、絕緣性、抗熱震性和機(jī)械強(qiáng)度，因此，ZTA陶瓷覆銅基板和發(fā)熱元件在壓力傳感器、IGBT封裝、DC～AC逆變器以及電子煙加熱器等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。

ZTA陶瓷基板相關(guān)廠商有：三環(huán)集團(tuán)、CeramTec、丸和、九豪、艾森達(dá)、鄭州中瓷、光弘、NIKKO等。

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