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電力電子模塊用關(guān)鍵絕緣材料--導(dǎo)熱絕緣陶瓷覆銅DBC板
在電力半導(dǎo)體模塊的發(fā)展中，隨著集成度的提高，體積減小，使得單位散熱面積上的功耗增加，散熱成為模塊制造中的一個關(guān)鍵問題，而傳統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)（焊接式和壓接式）已無法成功地解決散熱問題。因此對處于散熱底板和芯片之間的導(dǎo)熱絕緣材料提出了新要求。目前，國內(nèi)外電力電子行業(yè)所用此種材料一般是陶瓷-金屬復(fù)合板結(jié)構(gòu)，簡稱DBC板（Dircet Bonding Copper）。
所謂DBC技術(shù)，是指將銅在高溫下直接鍵合到陶瓷材料上的技術(shù)。DBC板主要是采用Al2O3、AIN、BeO等導(dǎo)熱絕緣陶瓷基片。由于BeO含有毒性，工業(yè)上少有利用。AIN雖然導(dǎo)熱性能良好，且熱膨脹系數(shù)與硅相近，但價格太高，因此目前Al2O3已被廣泛用作DBC板的導(dǎo)熱絕緣基片，而AIN也處于發(fā)展之中。
目前國外DBC基板已投入工業(yè)化生產(chǎn)，并廣泛用于電力半導(dǎo)體模塊、微波傳送和密封等領(lǐng)域。在相同功率的電力半導(dǎo)體中，DBC板的焊接式模塊，與普通焊接式模塊相比，不僅體積小，重量輕，省部件，并且具有更好的熱疲勞穩(wěn)定性和更高的集成度。國內(nèi)這方面的研究剛剛起步，尚未形成工業(yè)化生產(chǎn)。西安交通大學(xué)電氣絕緣研究所結(jié)合GTR模塊封裝結(jié)構(gòu)的"八五"攻關(guān)任務(wù)，采用DBC技術(shù)研制出Al2O3-Cu復(fù)合板，并提供給西安電力電子技術(shù)研究所，北京電力電子新技術(shù)研究開發(fā)中心等單位試用。目前已形成實驗室小批量生產(chǎn)。市場前景可觀。
DBC基板在功率模塊中所起的作用如下：
1）作為硅芯片的承載體，并且二者之間無其它任何材料和連接線。電路布線基板，功能近似于PCB板。
2）絕緣性能好，把導(dǎo)電部件和散熱部件隔離開。
3）散熱性能好，把硅芯片產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱機油傳輸?shù)缴嵫b置。
因此說DBC基板是導(dǎo)熱性能和絕緣性能都很優(yōu)良的基板。Al2O3-Cu基板具有如下的優(yōu)良特性：
1）熱阻抗小，且熱膨脹系數(shù)同Al2O3，與硅相近（7.4×10-5K-1）,使用中不要過渡層，硅芯片可直接焊接在DBC基板上；
2）具有良好的機械性能，附著力>5000N/cm2，抗剝力>90N/cm；
3）耐腐蝕、不形變，可在-55℃～+860℃溫度范圍內(nèi)使用；
4）*的電絕緣性能，瓷板耐壓>2.5KV；
5）良好的導(dǎo)熱性，熱導(dǎo)率為24～28W/m·K；
6）焊接性良好，達(dá)到95%以上。
DBC板將是未來電子線路中結(jié)構(gòu)和連接技術(shù)的基礎(chǔ)材料。在傳統(tǒng)有機覆銅P.C.板不能滿足元件熱沖擊性能的時候，DBC板將用于具有高耗散功率電子組件的基本材料。在使用中，由于較厚的銅層（0.3mm）能承受更高的電流負(fù)載，在相同截面下，僅需通常P.C.板12%的導(dǎo)體寬度；良好的熱電率，使功率芯片的密集安裝成為可能。在單位體積內(nèi)能傳輸更大的功率，提高系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性。在電力電子如下相關(guān)領(lǐng)域可得廣泛應(yīng)用：
（1）功率半導(dǎo)體器件，如IGBT、GTR、SIT等；
（2）功率控制線路；
（3）混合功率線路及新式功率結(jié)構(gòu)單元；
（4）固態(tài)繼電器及高頻開關(guān)模塊電源；
（5）電子加熱器件的溫度控制單元；
（6）變頻器、電機調(diào)速、交流無觸點開關(guān)；
（7）電子陶瓷器件，經(jīng)我所研究表明，采用DBC技術(shù)制作BaTiO3的燒銅電極，與普通的燒銀電極以及鍍銅電極相比，接觸電阻小，性能*；
（8）汽車電子、航空航天軍事技術(shù)等方面的結(jié)構(gòu)單元。 DBC技術(shù)是未來"芯-板"技術(shù)的基礎(chǔ)，代表著今后封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢，隨著DBC板的應(yīng)用，就向未來的"芯-板"技術(shù)邁進了一步，同時也形成了創(chuàng)造性產(chǎn)品思想和具有高集成度設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)。
目前，隨著GTR、IGBT、SIT等新型器件的發(fā)展，對導(dǎo)熱更好的DBC板又提出了要求，日本已研制出了AIN覆銅板，并用于IGBT的封裝中。我國已研制出AIN陶瓷基片，我所已開展了AIN覆銅板的研制工作，并正在進行鍵合機理及工藝過程的研究，預(yù)計在"九五"期間，將會在國內(nèi)電力半導(dǎo)體行業(yè)中得到應(yīng)用。