陶瓷基覆銅板性能要求與標(biāo)準(zhǔn).doc

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1、陶瓷基覆銅板性能要求與標(biāo)準(zhǔn)????從前面論述可以看出，陶瓷基覆銅板是根據(jù)電力電子模塊電路的要求進(jìn)行了不同的功能設(shè)計(jì)，從而形成了許多品種和規(guī)格的系列產(chǎn)品。這里主要介紹以Al2O3陶瓷-Cu板（100~600μm）進(jìn)行直接鍵合的陶瓷基覆銅板，因?yàn)榇朔N規(guī)格是目前生產(chǎn)規(guī)模最大，應(yīng)用范圍最廣，應(yīng)用效果最好的一種產(chǎn)品。一、Al2O3-----DBC的制作　　Al2O3-DBC就是指采用Al2O3陶瓷片與銅板在高溫和惰性氣體中直接鍵合而成的陶瓷基覆銅板。其制作流程為：　　這里所使用的Al2O3瓷片一般是指Al2O3含量96%，適用于薄膜電路或厚膜電路的電子陶瓷片經(jīng)特殊加工處理而成。

2、二、Al2O3-DBC的制作的鍵合機(jī)理　　在高溫下含氧量一定的氣氛中，金屬銅表面氧化形成一薄層Cu2O,溫度高于低共熔點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)Cu-Cu2O共晶液相，其中的Cu2O相與Al2O3陶瓷有著良好的親和性，使界面能降低，共晶液相能很好地潤濕銅和陶瓷。同時(shí)液相中的Cu2O與Al2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成CuAlO2：　　冷卻后通過Cu-Al-O化學(xué)鍵，Cu2O與Al2O3陶瓷牢固鍵合在一起。在Cu2O與金屬接觸的另一端，以Cu-O離子鍵將Cu2O與銅層緊密聯(lián)接起來，但是這一層的鍵合力與Cu2O/Al2O3反應(yīng)鍵合相比要小一些。從拉脫試驗(yàn)中可以看出，當(dāng)銅層拉離了瓷體，在陶瓷上留

3、下粉紅色島狀的Cu2O晶粒。三、Al2O3-DBC覆銅板的性能要求1銅導(dǎo)帶和Al2O3陶瓷基片在高溫適合的氣氛中直接鍵合，具有較高的導(dǎo)熱性。熱導(dǎo)率為:14~28W/m.K.2DBC的熱膨脹系數(shù)同于Al2O3基片（7.4x10-6/℃），與Si相近并和Si芯片相匹配，可以把大型Si芯片直接搭乘在銅導(dǎo)體電路上，省去了傳統(tǒng)模塊中用鉬片等過渡層。3由于DBC制作主要以化學(xué)鍵合為主，所以鍵合強(qiáng)度十分高，拉脫強(qiáng)度大于50N/mm2，剝離強(qiáng)度大于9N/mm。4基板耐可焊接性好，使用溫度高。傳統(tǒng)PCB一般在260℃60s左右，DBC成型溫度在1000℃左右，在260℃可以多次焊接，-

4、55~+88范圍內(nèi)長期使用具有優(yōu)異的熱可靠性。5可以利用傳統(tǒng)PCB制作工藝設(shè)備進(jìn)行精細(xì)線路的加工制作。具有通用性，適宜于大批量生產(chǎn)。6引線和芯片可焊性好。7不會(huì)產(chǎn)生金屬遷移。8耐電壓高（15kY/mm）9絕緣層電阻率高（一般大于1x1014Ω.mm）。導(dǎo)電層銅電路的電阻率極其低（2.5x10-6Ω.mm），電流通過時(shí)發(fā)熱。10導(dǎo)電層100~600/μm，可根據(jù)電路模塊設(shè)計(jì)任意的大電流。11導(dǎo)電銅電路的電阻率極其低（2.5x10-6Ω.mm），電流通過時(shí)發(fā)熱。12高頻損耗?。╰anδ<10-3），可進(jìn)行高頻電路的設(shè)計(jì)和組裝。13可進(jìn)行高密度組裝，實(shí)現(xiàn)短、小、輕、薄化。1

5、4不含有機(jī)組分，耐宇宙射線，在航天航空方面可靠性高，使用壽命長。15導(dǎo)體銅具有極好的可塑性，可進(jìn)行大面積模塊組裝。四、Al2O3-DBC的性能指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)　　陶瓷基覆銅板（DBC）在耐熱性、散熱性、耐宇宙射線、綠色環(huán)保性以及高低溫循環(huán)老化試驗(yàn)方面的優(yōu)異性能是傳統(tǒng)覆銅板無法比擬的。從文獻(xiàn)查閱看，國外目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一完整的標(biāo)準(zhǔn)，甚至與各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)報(bào)道也十分稀少。我國目前制定的最完整最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)是國營第704廠制訂，經(jīng)中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所評審確認(rèn)的企業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)常規(guī)覆銅板的一些性能要求并參考借鑒銅箔（電解銅箔或壓延銅箔）、陶瓷基片（厚膜電路和薄膜電

6、路用電子陶瓷基片）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及陶瓷覆銅板的具體加工特點(diǎn)，規(guī)格尺寸等進(jìn)行制訂的。表4-6是陶瓷覆銅板主要性能及指標(biāo)一覽表。五、其他氧化物DBC　　由于各種氧化物陶瓷的化學(xué)性能、物質(zhì)結(jié)構(gòu)不盡相同。因此，高溫下生成共晶熔，繼而生產(chǎn)345的過程存在著一定的差異。選擇MgO,CaO,ZnO,2MgO.SiO2,BaTiO3,TiO2,SiO2,ZrO2,AIN,BN,SiC進(jìn)行與Cu-Al2O3一樣的鍵合，結(jié)果表明:TiO2,SiO2,ZrO2等陶瓷能與銅形成牢固的鍵合，剝離強(qiáng)度都在10N/mm以上;ZnO,2MgO.SiO2,BaTiO3陶瓷與銅也鍵合良好，但鍵合力要小一些

7、，約在9N/mm；而MgO,CaO,AIN,BN,SiC則不能直接形成鍵合。六、影響銅陶瓷鍵合的因素（一）陶瓷的化學(xué)鍵性的影響　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，銅與大多數(shù)金屬氧化物陶瓷及其鹽類能形成良好的鍵合。一般來說，這些陶瓷都是離子鍵較強(qiáng)的化合物。Cu-Cu2O共晶熔體在高溫下對氮化鋁陶瓷的潤濕性較差，與氮化鋁陶瓷屬共價(jià)鍵化合物有著很大的關(guān)系。Al-N間很強(qiáng)的共價(jià)鍵以及共價(jià)鍵極強(qiáng)的方向性，使氮化鋁陶瓷具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，高溫下難以與金屬及其氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因而，可以推斷共價(jià)鍵性較強(qiáng)的陶瓷（如AIN,BN,SiC等陶瓷）不能與銅形成直接鍵合，必須有一層氧化物