根據(jù)三菱綜合材料網(wǎng)站產(chǎn)品資料介紹，直接敷鋁陶瓷(Direct Bonded Aluminum,DBA)基板是由高純度鋁板直接粘附于陶瓷基板兩側(cè)組成（見(jiàn)下圖1），兼具良好的導(dǎo)熱性與電氣絕緣性能，在熱循環(huán)測(cè)試中展現(xiàn)出了出色的可靠性，已被實(shí)際應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)（xEVs）的功率模塊、工業(yè)設(shè)備的變頻器和其他需要高可靠性和散熱的應(yīng)用。

圖1:直接敷鋁陶瓷基板(Direct Bonded Aluminum,DBA) 來(lái)源：三菱綜合材料

多年來(lái)，直接敷銅陶瓷(Direct Bonded Copper Ceramic Substrate,DBC)基板因優(yōu)異的導(dǎo)熱因其優(yōu)良的電氣絕緣性和導(dǎo)熱性能，已被廣泛用于功率模塊等電力電子器件的封裝。它能承受高達(dá)10,000伏的電壓和大電流條件，同時(shí)允許芯片直接安裝在基板上，從而簡(jiǎn)化了器件結(jié)構(gòu)，并有效提升了散熱效率，推動(dòng)了功率電子器件的普及。然而，DBC基板在高熱沖擊條件下表現(xiàn)出一定的脆弱性。例如，功率芯片工作時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱可能導(dǎo)致界面應(yīng)力集中，進(jìn)而引發(fā)陶瓷層或焊接界面的裂紋，影響器件可靠性。

在一些研究資料中提到，例如參考資料2中提到在一定的界面結(jié)合手段下得到的DBA基板，DBA基板的熱循環(huán)耐受能力比DBC基板高100倍。在三菱綜合材料的網(wǎng)站中也提到，DBA基板經(jīng)受2500次的循環(huán)測(cè)試后在電鏡下依然沒(méi)有異常（見(jiàn)下圖2）。

圖2：DCB基板與DBA?基板對(duì)比熱循環(huán)測(cè)試（-40~125℃，2500次循環(huán)） 來(lái)源：三菱綜合材料

為什么DBA基板熱循環(huán)可靠性更高？

在參考資料3中，提到“在?熱應(yīng)?條件下，DBA基板?DBC基板具有更好的可靠性，這是由于鋁和銅的塑性變形?為不同”，此外，三菱綜合材料官網(wǎng)提到，DBA基板具備優(yōu)異的熱應(yīng)力緩和效果。在熱循環(huán)過(guò)程中，鋁可以通過(guò)微觀的塑性流動(dòng)來(lái)“釋放”局部應(yīng)力，避免應(yīng)力集中在陶瓷等脆性材料界面上，降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

雖然鋁的良好塑性在一定程度上有助于緩解熱應(yīng)力，但其僅是DBA基板在冷熱循環(huán)中展現(xiàn)高可靠性的一個(gè)方面。真正決定DBA基板長(zhǎng)期穩(wěn)定性的，是其鋁-陶瓷之間的界面結(jié)合強(qiáng)度。因此，高可靠性鍵合工藝與合理的材料體系設(shè)計(jì)，構(gòu)成了該技術(shù)的核心要素。參考資料3中通過(guò)瞬時(shí)液相鍵合法(transient liquid phase ,TLP)將鋁直接鍵合到氮化鋁基底上，采?該?藝制備的DBA基板在合適的加熱條件下具有良好的穩(wěn)定性，在熱循環(huán)測(cè)試后未出現(xiàn)任何界?斷裂。

瞬時(shí)液相鍵合法（Transient Liquid Phase Bonding, TLP）是一種在電子封裝中廣泛應(yīng)用的低溫互連技術(shù)，其核心原理是通過(guò)引入低熔點(diǎn)中間層材料，在較低溫度下形成短暫液相，隨后通過(guò)擴(kuò)散反應(yīng)生成高熔點(diǎn)金屬間化合物，最終實(shí)現(xiàn)可靠的固態(tài)連接。這一過(guò)程不僅兼顧低溫加工的優(yōu)勢(shì)，還能在固化后顯著提高連接強(qiáng)度與耐熱性，有效緩解熱應(yīng)力、減少陶瓷損傷，特別適用于高熱循環(huán)、高功率密度等嚴(yán)苛工作環(huán)境中的封裝需求。

參考資料：

1、三菱綜合材料，DBA（Direct Bonded Aluminum）基板產(chǎn)品介紹

2、Xiao-Shan Ning, Yuanbo Lin, Wei Xu, Rong Peng, Heping Zhou, Kexin Chen,

Development of a directly bonded aluminum/alumina power electronic substrate,

Materials Science and Engineering: B,Volume 99, Issues 1–3

3、Y. Kuromitsu et al., "Direct bonded aluminum on aluminum nitride substrates via a transient liquid phase and its application," 2010 6th International Conference on Integrated Power Electronics Systems, Nuremberg, Germany, 2010, pp. 1-5.

編輯整理：粉體圈Alpha