在新能源汽車、智能電網(wǎng)、軌道交通等高壓大功率應(yīng)用場(chǎng)景中，電子器件的散熱效率和可靠性已成為技術(shù)突破的關(guān)鍵。近年來(lái)，DBA（Direct Bonded Aluminum，直接覆鋁陶瓷基板）憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為替代傳統(tǒng)DBC（直接覆銅）基板的“潛力股”。下面由金瑞欣小編深入解析DBA的技術(shù)原理、技術(shù)關(guān)鍵及行業(yè)應(yīng)用，揭示其為何成為下一代功率器件封裝的“熱選”。

一、技術(shù)原理

DBA陶瓷基板的制備工藝原理是：當(dāng)溫度升至鋁的熔點(diǎn)（660℃）以上時(shí)，液態(tài)鋁在真空或惰性氣體環(huán)境中能夠潤(rùn)濕陶瓷表面（如Al?O?或AlN）。隨著冷卻過(guò)程的進(jìn)行，鋁原子會(huì)在陶瓷晶核上直接結(jié)晶生長(zhǎng)，最終形成獨(dú)特的“鋁-陶瓷-鋁”三明治結(jié)構(gòu)。

與傳統(tǒng)的DBC工藝相比，DBA的最大優(yōu)勢(shì)在于界面無(wú)化學(xué)反應(yīng)。DBC工藝需要在1000℃以上的高溫下進(jìn)行，銅與氧化鋁界面會(huì)生成脆性化合物（如CuAlO?/CuAl?O?），這會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力集中，從而降低器件的可靠性。而DBA的物理結(jié)合方式有效避免了這種脆性相的生成，使得結(jié)合強(qiáng)度更高，器件的穩(wěn)定性也更強(qiáng)。

然而，提高鋁在陶瓷基片表面的潤(rùn)濕性是DBA技術(shù)的一大工藝難點(diǎn)。鋁在空氣中極易氧化，形成致密的Al?O?膜，這會(huì)嚴(yán)重阻礙鋁與陶瓷之間的潤(rùn)濕作用。為了突破這一難點(diǎn)，目前行業(yè)內(nèi)主要采用以下兩種方案：

表面過(guò)渡層技術(shù)：在陶瓷表面預(yù)先鍍上一層鈦（Ti）、鉻（Cr）等金屬。通過(guò)Al-金屬共晶反應(yīng)形成液相，從而促進(jìn)鋁與陶瓷之間的擴(kuò)散，提高潤(rùn)濕性。

瞬時(shí)液相鍵合（TLP）：引入硅（Si）等低熔點(diǎn)中間層。在低溫下形成短暫的液相，擴(kuò)散后生成高熔點(diǎn)金屬間化合物。這種方法既兼顧了低溫加工的優(yōu)勢(shì)，又保證了器件在高溫服役時(shí)的穩(wěn)定性。

二、技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

DBA（直接覆鋁陶瓷基板）的核心技術(shù)在于通過(guò)低溫共晶鍵合實(shí)現(xiàn)鋁層與陶瓷的物理結(jié)合。以下是其關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)：

（一）金屬化時(shí)的潤(rùn)濕性與界面強(qiáng)化

去氧化控制：在真空或氮?dú)猸h(huán)境中對(duì)鋁表面進(jìn)行處理，去除氧化膜，從而為液態(tài)鋁提供良好的浸潤(rùn)性。

熱應(yīng)力調(diào)控：鋁的塑性變形能力較強(qiáng)，其屈服強(qiáng)度僅為銅的1/3。這一特性使得鋁能夠有效緩解陶瓷與金屬之間因熱膨脹系數(shù)失配（Al?O?: 7.1 ppm/K vs Al: 23.6 ppm/K）而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

（二）蝕刻工藝優(yōu)化

傳統(tǒng)DBA陶瓷基板的鋁層厚度通常≥100μm，這使得蝕刻出精細(xì)線路變得非常困難。為了突破這一限制，最新的圖形化技術(shù)包括：

激光精密刻蝕：采用激光技術(shù)進(jìn)行精密刻蝕，可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)線寬。然而，需要注意控制熱影響區(qū)，避免基板因局部過(guò)熱而變形。

增材制造技術(shù)：通過(guò)金屬漿料印刷的方式在局部增厚導(dǎo)電線路，從而提升載流能力，滿足高功率應(yīng)用的需求。

（三）國(guó)產(chǎn)化工藝突破

以富樂(lè)華為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)，在DBA基板的國(guó)產(chǎn)化工藝上取得了顯著突破。通過(guò)粉體自研和燒結(jié)工藝的優(yōu)化，這些企業(yè)成功將界面空洞率降至＜0.5%，局部放電耐壓提升至1.2kV，相比進(jìn)口基板提升了20%。同時(shí)，成本也降低了30-40%，這為DBA基板在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、現(xiàn)存瓶頸

盡管DBA技術(shù)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些瓶頸：

（一）精細(xì)線路限制

DBA表面的鋁層較厚，這限制了其在精細(xì)線路加工方面的應(yīng)用。目前，行業(yè)正在積極開發(fā)微細(xì)加工技術(shù)，如激光微鉆、等離子刻蝕等，以滿足高端應(yīng)用對(duì)精細(xì)線路的需求。

（二）成本控制

DBA基板的高純度工藝設(shè)備投入較大，這導(dǎo)致其生產(chǎn)成本相對(duì)較高。為了降低成本，企業(yè)需要通過(guò)規(guī)模化生產(chǎn)來(lái)分?jǐn)傇O(shè)備投資，從而降低單位成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（三）界面長(zhǎng)期可靠性

在長(zhǎng)期高溫（>200℃）環(huán)境下，鋁層可能會(huì)發(fā)生蠕變，從而導(dǎo)致界面失效。為了解決這一問(wèn)題，研究人員正在探索材料優(yōu)化方案，例如采用Al-Si合金等，以提高界面的長(zhǎng)期可靠性。

四、結(jié)語(yǔ)

DBA憑借其物理界面高可靠、輕量化以及與鋁線的兼容性等優(yōu)勢(shì)，正在新能源汽車、航天航空等極端工況場(chǎng)景中逐步替代傳統(tǒng)的DBC/AMB基板。富樂(lè)華等國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了粉體-工藝-設(shè)備的全鏈條國(guó)產(chǎn)化，DBA基板的成本也在持續(xù)下探。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，DBA有望在800V高壓平臺(tái)、SiC功率模塊封裝等領(lǐng)域成為主流選擇，為高壓大功率應(yīng)用場(chǎng)景帶來(lái)更高效、更多陶瓷基板相關(guān)資訊可以搜索“金瑞欣”進(jìn)行查看，我們會(huì)定期更新資訊，若您有相關(guān)需求，歡迎與我們聯(lián)系，我們將竭誠(chéng)為您服務(wù)。

審核編輯 黃宇