陶瓷基覆铜板性能要求与标准
从前面论述可以看出，陶瓷基覆铜板是根据电力电子模块电路的要求进行了不同的功能设计，从而形成了许多品种和规格的系列产品。这里主要介绍以Al2O3陶瓷-Cu板（100~600μm）进行直接键合的陶瓷基覆铜板，因为此种规格是目前生产规模最大，应用范围最广，应用效果最好的一种产品。
一、Al2O3-----DBC的制作
Al2O3-DBC就是指采用Al2O3陶瓷片与铜板在高温和惰性气体中直接键合而成的陶瓷基覆铜板。其制作流程为：
这里所使用的Al2O3瓷片一般是指Al2O3含量96%，适用于薄膜电路或厚膜电路的电子陶瓷片经特殊加工处理而成。
二、Al2O3-DBC的制作的键合机理
在高温下含氧量一定的气氛中，金属铜表面氧化形成一薄层Cu2O,温度高于低共熔点时，出现Cu-Cu2O 共晶液相，其中的Cu2O相与Al2O3陶瓷有着良好的亲和性，使界面能降低，共晶液相能很好地润湿铜和陶瓷。同时液相中的Cu2O与Al2O3发生化学反应，形成CuAlO2：
冷却后通过Cu-Al-O化学键，Cu2O与Al2O3陶瓷牢固键合在一起。在Cu2O与金属接触的另一端，以Cu-O离子键将Cu2O与铜层紧密联接起来，但是这一层的键合力与Cu2O/Al2O3反应键合相比要小一些。从拉脱试验中可以看出，当铜层拉离了瓷体，在陶瓷上留下粉红色岛状的Cu2O晶粒。
三、Al2O3-DBC覆铜板的性能要求
1 铜导带和Al2O3陶瓷基片在高温适合的气氛中直接键合，具有较高的导热性。热导率为:14~28W/m.K.
2 DBC的热膨胀系数同于Al2O3基片（7.4x10-6/℃），与Si相近并和Si芯片相匹配，可以把大型Si芯片直接搭乘在铜导体电路上，省去了传统模块中用钼片等过渡层。
3 由于DBC制作主要以化学键合为主，所以键合强度十分高，拉脱强度大于50N/mm2，剥离强度大于9N/mm。
4 基板耐可焊接性好，使用温度高。传统PCB一般在260℃ 60s左右，DBC成型温度在1000℃左右，在260℃可以多次焊接，-55~+88范围内长期使用具有优异的热可靠性。
5 可以利用传统PCB制作工艺设备进行精细线路的加工制作。具有通用性，适宜于大批量生产。
6 引线和芯片可焊性好。
7 不会产生金属迁移。
8 耐电压高（15kY/mm）
9 绝缘层电阻率高（一般大于1x10 14Ω.mm）。导电层铜电路的电阻率极其低（2.5x10-6Ω.mm），电流通过时发热。
10 导电层100~600/μm，可根据电路模块设计任意的大电流。
11 导电铜电路的电阻率极其低（2.5x10-6Ω.mm），电流通过时发热。
12 高频损耗小（tanδ<10-3），可进行高频电路的设计和组装。
13 可进行高密度组装，实现短、小、轻、薄化。
14 不含有机组分，耐宇宙射线，在航天航空方面可靠性高，使用寿命长。
15 导体铜具有极好的可塑性，可进行大面积模块组装。
四、Al2O3-DBC的性能指标及标准
陶瓷基覆铜板（DBC）在耐热性、散热性、耐宇宙射线、绿色环保性以及高低温循环老化试验方面的优异性能是传统覆铜板无法比拟的。从文献查阅看，国外目前还没有一个统一完整的标准，甚至与各个企业的生产标准相关报道也十分稀少。我国目前制定的最完整最权威的标准是国营第704厂制订，经中国电子技术标准化研究所评审确认的企业军用标准。该标准是根据常规覆铜板的一些性能要求并参考借鉴铜箔（电解铜箔或压延铜箔）、陶瓷基片（厚膜电路和薄膜电路用电子陶瓷基片）等相关标准以及陶瓷覆铜板的具体加工特点，规格尺寸等进行制订的。表4-6是陶瓷覆铜板主要性能及指标一览表。
五、其他氧化物DBC
由于各种氧化物陶瓷的化学性能、物质结构不尽相同。因此，高温下生成共晶熔，继而生产345 的过程存在着一定的差异。选择MgO,CaO,ZnO,2MgO.SiO2,BaTiO3,TiO2,SiO2,ZrO2,AIN,BN,SiC进行与Cu-Al2O3一样的键合，结果表明:TiO2,SiO2,ZrO2等陶瓷能与铜形成牢固的键合，剥离强度都在10N/mm以
上;ZnO,2MgO.SiO2,BaTiO3陶瓷与铜也键合良好，但键合力要小一些，约在9N/mm；而MgO,CaO,AIN,BN,SiC 则不能直接形成键合。
六、影响铜陶瓷键合的因素
（一）陶瓷的化学键性的影响
实验结果表明，铜与大多数金属氧化物陶瓷及其盐类能形成良好的键合。一般来说，这些陶瓷都是离子键较强的化合物。Cu-Cu2O共晶熔体在高温下对氮化铝陶瓷的润湿性较差，与氮化铝陶瓷属共价键化合物有着很大的关系。Al-N间很强的共价键以及共价键极强的方向性，使氮化铝陶瓷具有良好的化学稳定性，高温下难以与金属及其氧化物发生化学反应。因而，可以推断共价键性较强的陶瓷（如AIN,BN,SiC等陶瓷）不能与铜形成直接键合，必须有一层氧化物相作为过渡层。
金属氧化物因其组成结构以及元素的化学性能上的差别，可分为酸性氧化（如TiO2,ZrO2,MoO3,Sb2O3等）、碱性氧化物（如BaO,BeO,MgO,CaO,ZnO,Cu2O等）和两性氧化物（如Al2O3）。对于共晶熔体中的Cu2O
属于碱性氧化物，因此，可以推断共晶熔体对一些酸性及两性氧化物陶瓷有着良好的化学亲和性，而对一些碱性较强的氧化物（如MgO,CaO）湿润性能力较差。实验表明在键合工艺下铜层可与石英玻璃以及
TiO2,ZrO2陶瓷牢固粘合在一起，键合后剥离强度都大于10N/m。而对于MgO,Cao陶瓷在键合温度下保温足够长的时间仍不能与铜层形成键合。对于一些碱性较弱的金属氧化物如ZnO陶瓷则可以与铜键合在一
起,Cu-ZnO陶瓷键合强度的测试表明剥离强度在90N/cm; 左右，与Al2O3,TiO2,SiO2等陶瓷相比键合力要小一些。
尽管Cu-Cu2O共晶熔体对一些碱性较强的金属氧化物陶瓷的润湿性较差，但当其中引入一些酸性氧化物形成偏于中性的盐类时（如硅酸镁、钛酸钡等）则润湿性大为改观。实验也表明了铜与2MgO.SiO2,BaTiO3陶瓷能形成良好键合，但与铜-TiO2,SiO2陶瓷键合相比键合力稍小一些。
（三）Cu2O与氧化物陶瓷低共熔点的影响
尽管在铜>陶瓷键合的温度下，Cu2O与大多数氧化物陶瓷还没能形成低共熔相，但如果键合温度与这一低温度较接近时可以增强陶瓷表面的活性，更好地促进Cu-Cu2O共晶熔体对陶瓷的湿润。表4-4列出了Cu2O与其他氧化物陶瓷形成低共熔点的温度。从表中可以看出Al2O3,ZrO2,SiO2和Cr2O3陶瓷与Cu2O形成低共熔相的温度不是很高，铜_陶瓷键合的温度（约1080℃左右）比较接近，有的甚至低于这一温度（如SiO2）。因而在键合的工艺条件下Cu2O与陶瓷晶粒的界面之间已有很大的活性,Cu-Cu2O共晶熔体能很好地湿润陶瓷，冷却后形成牢固的键合。而Cu2O与MgO陶瓷之间由于形成低共熔点的温度要高得多，因而在相对较低的温度下不易形成键合。
（四）氧化物结构的影响
键合时铜_陶瓷界面发生微观结构的变化或进行化学反应，不可缺少的因素就是在界面间发生原子迁移。当Cu2O与Al2O3陶瓷发生化学反应时，其中的铜元素通过扩散将渗透到Al2O3陶瓷晶格中，形成Cu-Al-O 键（尽管这一反应层很薄），从而形成牢固的化学键合。因此，铜能否与其他氧化物陶瓷形成键合，与键合时氧化物的结构是否便于铜元素的扩散将有一定的关系。
外来原子在晶体中的扩散主要是通过置换和填隙这两种方式进行的。而置换方式要求两个金属离子的尺寸相近，离子半径相差应小于15%。对于Cu+离子的半径为0.95x10-10m比一般的金属离子半径要大，不易形成置换式固溶。各种金属的离子半径见表4-7。
主要是以填隙方式进入晶格的间隙中。形成填隙固溶体的能力与基质的晶体结构有关。在面心立方结构的MgO中，能利用的填隙位置仅仅是4个氧离子包围的四面体的位置。而在金红石结构的TiO2中通常有空着的八面体间隙；萤石结构中（如ZrO2）有八重配位的较大间隙，在一些网状硅酸盐结构中间隙位置更大。因此在键合条件下，铜较易于与TiO2,SiO2,ZrO2等氧化物陶瓷形成键合，而与MgO陶瓷键合比较困难。
陶瓷的力学性能 陶瓷材料的化学健大都为离子键和共价健，健合牢固并有明显的方向性，同一般的金属相比，其晶体结构复杂而表面能小。因此，它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性、耐蚀性和耐热性比金属优越，但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使用可靠性却不如金属。因此搞清陶瓷的性能特点及其控制因素，不论是对研究开发还是使用设计都具有十分重要的意义。本节主要讨论弹性、硬度、强度、韧性及其组织结构因素、环境因素的影响。 一．弹性性能 1.弹性和弹性模量 陶瓷材料为脆性材料，在室温下承载时几乎不能产生塑性变形，而在弹性变形范围内就产生断裂破坏。因此，其弹性性质就显得尤为重要。与其他固体材料一样。陶瓷的弹性变形可用虎克定律来描述。 陶瓷的弹性变形实际上是在外力的作用下原子间里由平衡位置产生了很小位移的结果。弹性模量反映的是原子间距的微小变化所需外力的大小。表11.3给出一些陶瓷在室温下的弹性模量。 2.温度对弹性模量的影响 由于原子间距和结合力随温度的变化而变化，所以弹性核量对温度变化很敏感、当温度升高时。原子间距增大，由成j变为d，(见图11.2)而该处曲线的斜率变缓，即弹性模量降低。因此，固体的弹性模量一般均随温度的升高而降低。图11.3给出一些陶瓷的弹性模量随温度的变化情况。一般来说，热膨胀系数小的物质，往往具有较高的弹性模量。
3.弹性模量与熔点的关系 物质熔点的高低反映其原子间结合力的大小。一般来说，弹性模量与熔点成正比例关系。不同种类的陶瓷材料样性模量之间大体上有如下关系氧化物＜氯化物＜硼化挪＜碳化物。 泊松比也是描述陶瓷材料弹性变形的重要参数。表11.4给出一些陶瓷材料和金属的泊松比。可以看出除BeO与MgO外大多数陶瓷材料的泊松比都小于金属材制的泊松比。
浅论陶瓷复合材料的研究现状及应用前景 董超2009107219金属材料工程 摘要 本文主要对陶瓷复合材料的研究现状及应用前景进行了研究，并对当今陶瓷复合材料发展面临的问题进行了概括，希望对陶瓷复合材料的进一步发展起到一定的作用。 本文首先对Al2O3陶瓷复合材料和玻璃陶瓷复合材料的研究进展及发展前景进行了详细的研究。然后对整个陶瓷复合材料的发展趋势及存在的问题进行了分析，得出了在新的时期陶瓷复合材料主要向功能、多功能、机敏、智能复合材料、纳米复合材料、仿生复合材料方向发展；目前复合材料面临的主要问题是基础理论研究问题和新的设计和制备方法问题。 关键词：Al2O3陶瓷复合材料玻璃陶瓷复合材料研究现状应用前景 1. 前言 以粉体为原料，通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品统称为陶瓷。陶瓷的种类繁多，根据陶瓷的化学组成、性能特点、用途等不同，可将陶瓷分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。而在许多重要的应用及研究领域，特殊陶瓷是主要研究对象。 陶瓷复合材料是特殊陶瓷的一种。在高技术领域内，对结构材料要求具有轻质高强、耐高温、抗氧化、耐腐蚀和高韧性的特点。陶瓷具有优良的综合机械性能，耐磨性好、硬度高、以及耐热性和耐腐蚀性好等特点。但是它的最大缺点是脆性大。近年来，通过往陶瓷中加入或生成颗粒、晶须、纤维等增强材料，使陶瓷的韧性大大地改善，而且强度及模量也有一定提高。因此引起各国科学家的重视。本文主要介绍了各种陶瓷复合材料的研究现状及其应用前景，并对陶瓷复合材料近年来的发展进行综述。 2.研究现状 随着现代科学技术快速发展，新型陶瓷材料的开发与生产发展异常迅速，新理论、新工艺、新技术和新装备不断出现，形成了新兴的先进无机材料领域和新兴产业。科学技术的发展对材料的要求日益苛刻，先进复合材料已成为现代科学技术发展的关键，它的发展水平是衡量一个国家科学技术水平的一个重要指标，因此世界各国都高度重视其研究和发展。 复合材料的可设计性大，能满足某些对材料的特殊要求，特别是在航空航天技术领域的应用得到迅速发展。陶瓷复合材料的研究，根本目的在于提高陶瓷材料的韧性，提高其可靠性，发挥陶瓷材料的优势，扩大应用领域。本文就几类典型的陶瓷复合材料介绍其研究现状。 2.1Al2O3陶瓷复合材料的研究进展及发展前景 Al2O3陶瓷作为常见陶瓷材料，既具有普通陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀、
陶瓷材料力学性能的检测方法 为了有效而合理的利用材料，必须对材料的性能充分的了解。材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。工艺性能指材料的加工性能，如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。机械性能亦称为力学性能，主要包括强度、弹性模量、塑性、韧性和硬度等。而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑性变形，因此对陶瓷材料而言，人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上，本文在此基础上对其力学性能检测方法做了简单介绍。 1.弯曲强度 弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种，如图1-1所示。四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲，弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的，因此四点弯曲得到的结果比较精确。而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲，所以计算的结果是近似的。但是这种近似满足大多数工程要求，并且三点弯曲的夹具简单，测试方便，因而也得到广泛应用。 图1-1 三点弯曲和四点弯曲示意图 由材料力学得到，在纯弯曲且弹性变形范围内，如果指定截面的弯矩为M ，该截面对中性轴的惯性矩为I z ，那么距中性轴距离为y 点的应力大小为： z I My = σ 在图1-1的四点弯曲中，最大应力出现在两加载点之间的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =??? ? ???= z I y a P max max 21σ???? ?圆形截面 16矩形截面 332D Pa bh Pa π
其中P 为载荷的大小，a 为两个加载点中的任何一个距支点的距离，b 和h 分别为矩形截面试样的宽度和高度，而D 为圆形截面试样的直径。因此当材料断裂时所施加载荷所对应的应力就材料的抗弯强度。 而对于三点弯曲，最大应力出现在梁的中间，也就是与加载点重合的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =??? ? ???= z I y a P l max max 4σ???? ?圆形截面 8矩形截面 2332D Pl bh Pl π 式中l 为两个支点之间的距离（也称为试样的跨度）。 上述的应力计算公式仅适用于线弹性变形阶段。脆性材料一般塑性变形非常小，同弹性变形比较可以忽略不计，因此在断裂前都遵循上述公式。断裂载荷所对应的应力即为试样的弯曲强度。 需要注意的是，一般我们要求试样的长度和直径比约为10，并且在支点的外伸部分留足够的长度，否则可能影响测试精度。另外，弯曲试样下表面的光洁度对结果可能也会产生显著的影响。粗糙表面可能成为应力集中源而产生早期断裂。所以一般要求表面要进行磨抛处理。当采用矩形试样时，也必须注意试样的放置方向，避免使计算中b 、h 换位得到错误的结果。 2.断裂韧性 应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一，而反映材料抵抗应力集中而发生断裂的指标是断裂韧性，用应力强度因子（K ）表示。尖端呈张开型（I 型）的裂纹最危险，其应力强度因子用K I 表示，恰好使材料产生脆性断裂的K I 称为临界应力强度因子，用K IC 表示。金属材料的K IC 一般用带边裂纹的三点弯曲实验测定，但在陶瓷材料中由于试样中预制裂纹比较困难，因此人们通常用维氏硬度法来测量陶瓷材料的断裂韧性。 陶瓷等脆性材料在断裂前几乎不产生塑性变形，因此当外界的压力达到断裂应力时，就会产生裂纹。以维氏硬度压头压入这些材料时，在足够大的外力下，压痕的对角线的方向上就会产生裂纹，如图2-1所示。裂纹的扩展长度与材料的断裂韧性K IC 存在一定的关系，因此可以通过测量裂纹的长度来测定K IC 。其突出的优点在于快速、简单、可使用非常小的试样。如果以P C 作为可使压痕产生雷文的临界负荷，那么图中显示了不同负荷下的裂纹情况。 由于硬度法突出的优点，人们对它进行了大量的理论和实验研究。推导出了各种半经
氧化铝陶瓷基覆铜板 DCB是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(AL2Q3)或氮化铝(ALN)陶瓷基片表面( 单面或双面)上的特殊工艺方法。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，具有很大的载流能力。因此，DCB基板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料，也是本世纪封装技术发展方向“chip-on-board”技术的基础。 1、DCB应用 ●大功率电力半导体模块； ●半导体致冷器、电子加热器； ●功率控制电路，功率混合电路； ●智能功率组件； ●高频开关电源，固态继电器； ●汽车电子，航天航空及军用电子组件； ●太阳能电池板组件； ●电讯专用交换机，接收系统； ●激光等工业电子。 2、DCB特点 ●机械应力强，形状稳定； ●高强度、高导热率、高绝缘性； ●结合力强，防腐蚀； ●极好的热循环性能，循环次数达5万次，可靠性高； ●与PCB板(或IMS基片)一样可刻蚀出各种图形的结构 ●无污染、无公害； ●使用温度宽-55℃～850℃； ●热膨胀系数接近硅，简化功率模块的生产工艺。 3、使用DCB优越性 ●DBC的热膨胀系数接近硅芯片，可节省过渡层Mo片，省工、节材、降低成本； ●减少焊层，降低热阻，减少空洞，提高成品率； ●在相同截面积下。0.3mm厚的铜箔线宽仅为普通印刷电路板的10%； ●优良的导热性，使芯片的封装非常紧凑，从而使功率密度大大提高，改善系统和装置的可靠性； ●超薄型(0.25mm)DBC板可替代BeO，无环保毒性问题； ●载流量大，100A电流连续通过1mm宽0.3mm厚铜体，温升约17℃；100A电流连续通过2mm宽0.3mm 厚铜体，温升仅5℃左右； ●热阻低，10×10mmDCB板的热阻： 厚0.63mm为0.31K/W 厚0.38mm为0.19K/W 厚0.25mm为0.14K/W ●绝缘耐压高，保障人身安全和设备的防护能力； ●可以实现新的封装和组装方法，使产品高度集成，体积缩小。 4、陶瓷覆铜板DCB技术参数 技术参数AL2O3(≥96%) 最大规格mm×mm 138×178 或138×188 瓷片厚度mm 0.25，0.32，0.38，0.5，0.63±0.07(标准)，1.0， 1.3， 2.5 瓷片热导率W/m.K 24～28 瓷片介电强度KV/mm ＞14 瓷片介质损耗因数≤3×10-4(25℃/1MHZ) 瓷片介电常数9.4(25℃/1MHZ)
第四节 陶瓷基复合材料（CMC） 1.1概述 工程中陶瓷以特种陶瓷应用为主，特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度高以及耐腐蚀件好等特点，已广泛用于制做剪刀、网球拍及工业上的切削刀具、耐磨件、 发动机部件、热交换器、轴承等。陶瓷最大的缺点是脆性大、抗热震性能差。与金属基和聚合物基复合材料有有所不同的，是制备陶瓷基复合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的韧性。特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了大量的断裂能量，使韧性得以大幅度提高。表6—1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺寸大小的比较。很明显连续纤维的增韧效果最佳，其次为品须、相变增韧和颗粒增韧。无论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较大提高，而且也使临界裂纹尺寸增大。
陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物纳构远比金属与合金复杂得多。使用最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。陶瓷材料中的化学键往注是介于离子键与共价键之间的混合键。 陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。碳纤维是用来制造陶瓷基复合材料最常用的纤
维之一。碳纤维主要用在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件，在1500霓的温度下，碳纤维仍能保持其性能不变，但对碳纤维必须进行有效的保护以防止它在空气中或氧化性气氛中被腐蚀，只有这样才能充分发挥它的优良性能。其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。陶瓷材料中另一种增强体为晶须。晶须为具有一定长径比(直径o 3。1ym，长30—lMy”)的小单晶体。从结构上看，晶须的特点是没有微裂纹、位偌、孔洞和表面损伤等一类缺陷，而这些缺陷正是大块晶体中大量存在且促使强度下降的主要原因。在某些情况下，晶须的拉伸强度可达o．1Z(Z为杨氏模量)，这已非常接近十理论上的理想拉伸强度o．2Z。而相比之下．多晶的金属纤维和块状金属的拉伸强度只有o．025和o．o01f。在陶瓷基复合材料使用得较为普遍的是SiC、Al2O3、以及Si3N4N晶须。颗粒也是陶瓷材料中常用的一种增强体，从几何尺寸上看、它在各个方向上的长度是大致相同的，—般为几个微米。通常用得较多的颗粒也是SiC、Al2O3、以及Si3N4N。颗粒的增韧效果虽不如纤维和晶须，但如恰当选择颗粒种类、粒径、含量及基体材料，仍可获得一定的韧化效果，同时还会带来高温强度，高温蠕变性能的改善。所以，颗粒增韧复合材料同样受到重视并对其进行了一定的研究。 在陶瓷材料中加入第二相纤维制成的复合材料是纤维增强陶瓷基复合材料，这是改善陶瓷材料韧性酌重要手段，按纤维排布方式的不同，又可将其分为单向排布长纤维复合材料和多向排布纤维复合材料。单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料的显著特点是它具有各向异性，即沿纤维长度方向上的纵向性能要大大高于其横向性能。在这种材料中，当裂纹扩展遇到纤维时会受阻．这样要使裂纹进一步扩展就必须提高外加应力。图7—15为这一过程的示意图。当外加应力进一步提高时．由于基体与纤维间的界面的离解，同时又由于纤维的强度高于基体的强
高温结构陶瓷基复合材料的研究现状与展望 摘要概述了国外航空发动机用高温结构陶瓷基复合材料的研究与应用现状及发展趋势,分析了目前研究中存在的问题及其解决办法,确定了今后的研究目标与方向。 关键词陶瓷基复合材料高温结构材料力学性能应用 1 前言 为了提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗,最根本的措施是提高发动机的涡轮进口温度,而涡轮进口温度与热端部件材料的最高允许工作温度直接相关。50 至60 年代,发动机热端部件材料主要是铸造高温合金,其使用温度为800～900 ℃;70 年代中期,定向凝固超合金开始推广,其使用温度提高到 接近1000 ℃; 进入80 年代以后,相继开发出了高温单晶合金、弥散强化超合金以及金属间化合物等,并且热障涂层技术得到了广泛的应用,使热端部件的使用温度提高到1200～1300 ℃,已接近这类合金 熔点的80 % ,虽然通过各种冷却技术可进一步提高涡轮进口温度,但作为代价降低了热效率,增加了结 构复杂性和制造难度,而且对小而薄型的热端部件难以进行冷却,因而再提高的潜力极其有限[1 ] 。陶瓷基复合材料正是人们预计在21 世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构首选材料。 近20 年来,世界各工业发达国家对于发动机用高温结构陶瓷基复合材料的研究与开发一直十分重视,相继制定了各自的国家发展计划,并投入了大量的人力、物力和财力,对这一新型材料寄予厚望。如美国NASA 制定的先进高温热机材料计划(HITEMP) 、DOE/ NASA 的先进涡轮技术应用计划(ATTAP) 、美国国家宇航计划(NASP) 、美国国防部关键技术计划以及日本的月光计划等都把高温结构陶瓷基复合材料作为重点研究对象,其研制目标是将发动机热端部件的使用温度提高到1650 ℃或更高[2 ,3 ] ,从而提高发动机涡轮进口温度,达到节能、减重、提高推重比和延长寿命的目的,满足军事和民用热机的需要。 2 国内外应用与研究现状 由于陶瓷材料具有高的耐磨性、耐高温和抗化学侵蚀能力,国外目前已将其应用于发动机高速轴承、活塞、密封环、阀门导轨等要求转速高和配合精度高的部件。在航空发动机高温构件的应用上,到目前为止已报道的有法国将CVI 法SiC/Cf 用于狂风战斗机M88 发动机的喷嘴瓣以及将SiC/ SiCf 用于幻影2000 战斗机涡轮风扇发动机的喷管内调节片[4 ] 。 此外,有许多陶瓷基复合材料的发动机高温构件正在研制之中。如美国格鲁曼公司正研究跨大气层高超音速飞机发动机的陶瓷材料进口、喷管和喷口等部件,美国碳化硅公司用Si3N4/ SiCW制造导弹发动机燃气喷管,杜邦公司研制出能承受1200～1300 ℃、使用寿命达2000h 的陶瓷基复合材料发动机部件等[5 ,6 ] 。目前导弹、无人驾驶飞机以及其它短寿命的陶瓷涡轮发动机正处在最后研制阶段,美国空军材料实验室的研究人员认为[7 ] ,1204～1371 ℃发动机用陶瓷基复合材料已__经研制成功。由于提高了燃烧温度,取消或减少了冷却系统,预计发动机热效率可从目前的26 %提高到46 %。英国罗—罗公司认为,未来航空发动机高压压气机叶片和机匣、高压与低压涡轮盘及叶片、燃烧室、加力燃烧室、火焰稳定器及排气喷管等都将采用陶瓷基复合材料。预计在21 世纪初, 陶瓷基复合材料的使用温度可提高到1650 ℃或更高。 3 研究方向与发展趋势 陶瓷虽然具有作为发动机热端结构材料的十分明显的优点,但其本质上的脆性却极大地限制了它的推广应用。为了克服单组分陶瓷材料缺陷敏感性高、韧性低、可靠性差的缺点,材料科学工作者进行了大量的研究以寻找切实可行的增韧方法[8 ,9 ] 。增韧的思路经历了从“消除缺陷”或减少缺陷尺寸、减少缺陷数量,发展到制备能够“容忍缺陷”,即对缺陷不敏感的材料。目前常见的几种增韧方式主要有相变增韧、颗粒(晶片) 弥散增韧、晶须(短切纤维) 复合增韧以及连续纤维增韧补强等。此外还可通过材料结构的改变来达到增韧的目的,如自增韧结构、仿生叠层结构以及梯度功能材料等。由于连续纤
陶瓷基板应用行业前景以及行业发展陶瓷基板无论在LED大功率照明、大功率模组、制冷片，还是在汽车电子等领域发展需要增加，今天小编就来分享一些陶瓷基板的应用行业清洁和行业发展情况。 陶瓷基板应用行业具体有哪些？ 1，氧化铝陶瓷覆铜板电容压力传感器在各种汽车上用量巨大，市场达近百亿，但是目前氧化铝陶瓷覆铜板主要依赖进口，国内的陶瓷氧化铝板在材料的弹性模量、弹性变形循环次数、使用寿命和可靠性凤方面还有差距，尚未进入商业化实际应用。 2，在航天发动机、风力发电、数控机床等高端装备所使用的陶瓷转承，不但要求高的力学性能和热学性能，而且要求优异的耐磨性、可靠性和长寿命，目前国产的氮化硅陶瓷轴承球与日本东芝陶瓷公司还有明显差距；与国际上著名的瑞典SKF公司、德国的FAG公司和日本的KOYO等轴承公司相比，我们的轴承还处于产业产业链的中低端，像风电和数控机床等高端产品还依赖进口。 3，在汽车、冶金、航天航空领域的机械加工大量使用陶瓷刀头，据统计市场需求达数十亿元。陶瓷刀具包括氧化铝陶瓷基、氮化硅基、氧化锆增韧氧化铝、氮碳化钛体系等，要求具有高硬度。高强度和高可靠性。目前国内企业只能生产少量非氧化铝陶瓷刀具，二像汽车缸套加工用量巨大的氧化铝套擦刀具还依赖从瑞典sandvik、日本京瓷、日本NTK公司、德国CeranTec公司进口。 4，在军工国防用到的透明和透红线陶瓷材料，如果氧化钇、氧化镁、阿隆、镁铝尖晶石）陶瓷以及具有激光特性透明陶瓷。目前我们的技术还限于制备有限的尺寸，对于国际上已经达到半米大尺寸透明陶瓷材料我们还很困难，无论在工艺技术和装备上均有差距。
陶瓷基板行业发展趋势 根据新思界产业研究中心发布的《2019-2023年氮化铝陶瓷基板行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示，氧化层会对氮化铝陶瓷的热导率产生影响，在基板生产过程中，其加工工艺需进行严格把控，才能保证氮化铝陶瓷基板的优异性能。尽管我国氮化铝陶瓷基板行业在研究领域已经取得一定成果，与国际先进水平的差距不断缩小，但批量生产能力依然不足，仅有军工背景的斯利通具有量产能力。斯利通以及部分台湾企业氮化铝陶瓷基板产量无法满足国内市场需求，我国氮化铝陶瓷基板市场对外依赖度高。 新思界行业分析人士表示，氮化铝陶瓷是现阶段性能最为优异的PCB基板材料，由于其生产难度大、生产企业数量少，其产品价格较高，应用范围相对较窄。但随着氮化铝陶瓷基板技术工艺不断进步，生产成本不断下降，叠加电子产品小型化、集成化、多功能化成为趋势，行业未来发展潜力巨大。在此情况下，我国PCB基板行业中有实力的企业需尽快突破氮化铝陶瓷基板量产瓶颈，实现进口替代。 陶瓷基板龙头企业也非常关注陶瓷基板的发展动向和发展前景。更多陶瓷基板行业信息可以咨询金瑞欣特种电路，金瑞欣十年制作经验，用心服务好每一个客户，做好每一块板。
5G时代的受益者——高频陶瓷PCB 第五届IMT-2020(5G)峰会于上个月在北京召开，众多国内外业界专家参加了本次会议。中国5G试点在华为的带领下全面展开，5G，真的要来了。 作为第五代移动通信系统，在速率上比4G理论上可以快100倍，在信号强度大了这么多的情况下，相应的信号频率也会大很多，那么对于信号发射的硬件装置的要求也要提升很多了。 据了解，未来5G网络将部署超过现有站点10 倍以上的各种无线节点，在宏站覆盖区内，站点间距离将保持10 m 以内，并且支持在每1 km2 范围内为25 000个用户提供服务。同时也可能出现活跃用户数和站点数的比例达到1∶1的现象，即用户与服务节点一一对应。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离，使得网络的功率和频谱效率大幅度提高，同时也扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量，并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。 从另外一个角度来讲，也就是说硬件的使用也会是以前的10倍以上，而且在高频传输方面还必须要比之前4G使用的硬件好很多。那么作为高频传输的硬件，其中的核心之重就是电路板了。 为什么说高频陶瓷PCB会受益于5G时代的来临呢？因为目前传输损耗最小的电路板就是陶瓷电路板了，在通信行业早已被广泛使用，高频损耗小就代表着需要的无限节点会更少，在成本上，会有非常大的差距。
传输损耗，是一种电路中传输电信号趋向于转化为热量，并且随着传输距离或者电路本身的电阻而发生衰退的现象。损耗程度，取决于导体（电路）和与电路接触的绝缘体（电路板材料）的属性。 高频陶瓷PCB的传输损耗低主要是因为以下几点： 1、其本身陶瓷基板的的原因，这种材料上的先天优势是其他电路板不可比拟的。因为其介电常数低，所以介质损耗小，导电能力强。 2、同时也受其导热系数的影响，在高导热系数下，热阻值小了，传输损耗自然也就小了。 3、因为与电路和基板有关，所以结合度是非常大的一个考验，只有超高的结合度才能保证电信号的完美传输。斯利通陶瓷电路板在这块就做的非常好，其采用最新技术，使电路与陶瓷完美结合，自然也就在通信应用上大占优势。 高频陶瓷PCB的时代来临了，不光是5G，还有以后的6G、7G 等等，高频传输将会成为世界性课题，通信技术的迭代肯定会比通信硬件快，在未来的战场上，高频陶瓷PCB是会被新材料取代掉还是会自我更新换代跟上市场节奏，就看类似于斯利通这种新型技术性厂商的了。旧的制造时代终将逝去，新工业时代是属于大家的一片广阔蓝天。
覆铜板 覆铜板的英文名为：copper clad laminate，简称为CCL，由石油木浆纸 或者玻纤布等作增强材料，浸以树脂，单面或者双面覆以铜箔，经热压而成的一种产品。是PCB的基本材料，所以也叫基材。当它应用于生产时，还叫芯板。 目录 覆铜板的结构>覆铜板的分类>常用的覆铜板材料及特点>覆铜板的非电技术指标>覆铜板的用途 覆铜板的结构 1．基板 高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层压板可以作为敷铜板的基板。合成树脂的种类繁多，常用的有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等。增强材料一般有纸质和布质两种，它们决定了基板的机械性能，如耐浸焊性、抗弯强度等。 2．铜箔 它是制造敷铜板的关键材料，必须有较高的导电率及良好的焊接性。要求铜箔表面不得有划痕、砂眼和皱褶，金属纯度不低于99．8％，厚度误差不大于±5um。按照部颁标准规定，铜箔厚度的标称系列为18、25、35、70和105um。我国目前正在逐步推广使用35um厚度的铜箔。铜箔越薄，越容易蚀刻和钻孔，特别适合于制造线路复杂的高密度的印制板。 3．覆铜板粘合剂 粘合剂是铜箔能否牢固地覆在基板上的重要因素。敷铜板的抗剥强度主要取决于粘合剂的性能。>覆铜板的分类 根据PCB的不同要求和档次，主要基材——覆铜板有很多产品品种。它们按不同的规则有不同的分类。 (1)按覆铜板不同的机械刚性划分按覆铜板的机械刚性划分，可分为刚性覆铜板和挠性覆铜板。 (2)按不同的绝缘材料、结构划分又分为有机树脂类覆铜板、金属基（芯）覆铜板、陶瓷基覆铜板。 (3)按不同的绝缘层的厚度划分则可分为常规板和薄型板。 (4)按所采用不同的增强材料划分，这种划分，当覆铜板使用某种增强材料，就将该覆铜板称为某种材料基板。常用的不同增强材料的刚性有机树脂覆铜板有三大类：玻纤布基覆铜板；纸基覆铜板；复合基覆铜板。另外还有特殊增强材料构成的覆铜板还有：芳酰胺纤维无纺布基覆铜板、合成纤维基覆铜板等。 （5）按所采用的绝缘树脂划分，覆铜板主体树脂使用某种树脂，就将该覆铜板称为某树脂型的覆铜板。目前最常见的主体树脂有：酚醛树脂、环氧树脂(EP)、聚酰亚胺树脂(PI)、聚酯树脂(PET)、聚苯醚树脂(P PO或)、氰酸酯树脂(CE)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)。 常用的覆铜板材料及特点
陶瓷的力学性能 newmaker 化学健大都为离子键和共价健，健合牢固并有明显的方向性，同一般的金属相比，其 杂而表面能小。因此，它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性、耐蚀性和耐热性比金属优越，但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使。因此搞清陶瓷的性能特点及其控制因素，不论是对研究开发还是使用设计都具有十分重要的意义。本节主要讨论弹性、硬度、强度因素、环境因素的影响。 能 性模量 脆性材料，在室温下承载时几乎不能产生塑性变形，而在弹性变形范围内就产生断裂破坏。因此，其弹性性质就显得尤为重要。与其瓷的弹性变形可用虎克定律来描述。 变形实际上是在外力的作用下原子间里由平衡位置产生了很小位移的结果。弹性模量反映的是原子间距的微小变化所需外力的大小。在室温下的弹性模量。 性模量的影响 距和结合力随温度的变化而变化，所以弹性核量对温度变化很敏感、当温度升高时。原子间距增大，由成j变为d，(见图11.2)而该处弹性模量降低。因此，固体的弹性模量一般均随温度的升高而降低。图11.3给出一些陶瓷的弹性模量随温度的变化情况。一般来说，往往具有较高的弹性模量。
与熔点的关系 高低反映其原子间结合力的大小。一般来说，弹性模量与熔点成正比例关系。不同种类的陶瓷材料样性模量之间大体上有如下关系氧
挪＜碳化物。 描述陶瓷材料弹性变形的重要参数。表11.4给出一些陶瓷材料和金属的泊松比。可以看出除BeO与MgO外大多数陶瓷材料的泊松泊松比。 与材料致密度的关系 致密度对其弹性模量影响很大。图11.5给出AL2O3陶瓷的弹性模量随气孔率的变化及某些理论计算值的比较。Fros指出弹性模量与关系 P) 。 气孔率的增加，陶瓷的弹性模量量急剧下降。
IGBT高导热陶瓷基板等高端陶瓷pcb的应用和现状随着新能源汽车、高铁、风力发电和5G基站的快速发展，这些新产业所用的大功率IGBT对新一代高强度的氮化硅陶瓷基板需求巨大，日本的京瓷和美国罗杰斯等公司都可以批量生产和提供覆铜蚀刻的氮化硅陶瓷基板；国内起步较晚，近几年大学研究机构和一些企业都在加快研发并取得较大进展，其导热率大于等于90Wm/k，抗弯强度大于等于700mpa，断裂韧性大于等于6.5mpa1/2；但是距离产业化还有一定距离。今天小编要分享的是IGBT高导热氮化铝氮化硅陶瓷基板等高端陶瓷pcb的应用和现状。
目前国内IGBT用高导热率氮化铝氮化硅覆铜板目前还是以进口为主，特别是高铁上的大功率器件控制模块；国内的陶瓷基板覆铜技术不能完全达到对覆铜板的严格考核，列如冷然循环次数。目前，国际上都采用先进的活化金属键合（AMB）技术进行覆铜，比直接覆铜（DBC）具有更高的结合强度和冷热循环特性。 氧化铝陶瓷覆铜板电容压力传感器在各种汽车上用量巨大，市场达近百亿，但是目前氧化铝陶瓷覆铜板主要依赖进口，国内的陶瓷氧化铝板在材料的弹性模量、弹性变形循环次数、使用寿命和可靠性凤方面还有差距，尚未进入商业化实际应用。
在航天发动机、风力发电、数控机床等高端装备所使用的陶瓷转承，不但要求高的力学性能和热学性能，而且要求优异的耐磨性、可靠性和长寿命，目前国产的氮化硅陶瓷轴承球与日本东芝陶瓷公司还有明显差距；与国际上著名的瑞典SKF公司、德国的FAG公司和日本的KOYO等轴承公司相比，我们的轴承还处于产业产业链的中低端，像风电和数控机床等高端产品还依赖进口。 在汽车、冶金、航天航空领域的机械加工大量使用陶瓷刀头，据统计市场需求达数十亿元。陶瓷刀具包括氧化铝陶瓷基、氮化硅基、氧化锆增韧氧化铝、氮碳化钛体系等，要求具有高硬度。高强度和高可靠性。目前国内企业只能生产少量非氧化铝陶瓷刀具，二像汽车缸套加工用量巨大的氧化铝套擦刀具还依赖从瑞典sandvik、日本京瓷、日本NTK公司、德国CeranTec公司进口。 在军工国防用到的透明和透红线陶瓷材料，如果氧化钇、氧化镁、阿隆、镁铝尖晶石）陶瓷以及具有激光特性透明陶瓷。目前我们的技术还限于制备有限的尺寸，对于国际上已经达到半米大尺寸透明陶瓷材料我们还很困难，无论在工艺技术和装备上均有差距。 IGBT陶瓷基板包括氧化硅陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板等高功率器件制作的陶瓷吧板材大部分是依赖进口，而且都是应用在非常重要的领域。深圳市金瑞欣特种电路技术有限公司目前做的IGBT陶瓷基板都是优质板料。主要生产中高端陶瓷基板，更多陶瓷电路板打样可以咨询金瑞欣。
陶瓷材料的力学性能 高分子091 项淼学号17 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料 之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键 高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。 普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能： 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 ※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 ※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔…… 特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温…… 金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工…… ※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷… 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合） 普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料） 特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。
陶瓷基板项目实施方案 参考模板
陶瓷基板项目实施方案 氧化铝陶瓷覆铜板电容压力传感器在各种汽车上用量巨大，市场达近 百亿，但是目前氧化铝陶瓷覆铜板主要依赖进口，国内的陶瓷氧化铝板在 材料的弹性模量、弹性变形循环次数、使用寿命和可靠性凤方面还有差距，尚未进入商业化实际应用。 该陶瓷基板项目计划总投资3352.64万元，其中：固定资产投资 2715.31万元，占项目总投资的80.99%；流动资金637.33万元，占项目总 投资的19.01%。 达产年营业收入5442.00万元，总成本费用4330.21万元，税金及附 加59.06万元，利润总额1111.79万元，利税总额1324.20万元，税后净 利润833.84万元，达产年纳税总额490.36万元；达产年投资利润率 33.16%，投资利税率39.50%，投资回报率24.87%，全部投资回收期5.52年，提供就业职位104个。 本文件内容所承托的权益全部为项目承办单位所有，本文件仅提供给 项目承办单位并按项目承办单位的意愿提供给有关审查机构为投资项目的 审批和建设而使用，持有人对文件中的技术信息、商务信息等应做出保密 性承诺，未经项目承办单位书面允诺和许可，不得复制、披露或提供给第 三方，对发现非合法持有本文件者，项目承办单位有权保留追偿的权利。
...... 氮化铝陶瓷是一种高温耐热材料，其热导率高，较氧化铝陶瓷高5倍以上，膨胀系数低，与硅性能一致。使用氮化铝陶瓷为主要原材料制造而成的基板，具有高热导率、低膨胀系数、高强度、耐腐蚀、电性能优、光传输性好等优异特性，是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。随着我国电子信息产业蓬勃发展，我国市场对PCB基板的需求不断上升，氮化铝陶瓷基板凭借其优异性能，市场占有率正在不断提升。
覆铜板的品种分类 对于覆铜板产品的类型、品种，常按不同的规则有不同的分类。 一、按覆铜板的机械刚性划分 印制电路板用基板材料（Base Material），在整个PCB制造材料中是首位的重要基础原材料。它担负着PCB的导电、绝缘、支撑三大功效。PCB的性能、品质、制造中的加工性、制造水平、制造成本以及长期可靠性等，在很大程度上取决于它所用的基板材料。 为现今PCB用基板材料的主要产品形式是覆铜板。按覆铜板的机械刚性划分，它可分为两大主要类别：一类是刚性覆铜板(Rigid Copper Clad Laminate )，另一类是挠性覆铜板（ Flexible Copper Clad Laminate ，缩写为FCCL ）。 目前在PCB 制造中使用量最大的是刚性有机树脂覆铜板。它多是由电解铜箔（作为导电材料）、片状纤维材料（作为增强材料、或称为补强材料）、有机树脂（作为绝缘材料及粘接剂）三大原材料所组成的。 CCL的制造过程，是将增强材料浸以有机树脂，经干燥加工形成半固化片。将数张半固化片叠合在一起的坯料，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料。 各个品种的覆铜板之所以在性能上的不同，主要是表现在它所使用的纤维增强材料和树脂上的差异。往往将这些增强材料、树脂不同组成的覆铜板，这样的称谓：“〇〇〇基（基材）△△△树脂型覆铜板”。 在刚性有机树脂覆铜板中，主要有纸基酚醛型CCL、纸基环氧型CCL、玻纤布基环氧CCL、玻纤布基高性能树脂型CCL、合成纤维基环氧型CCL、复合基环氧型CCL等品种。 在刚性无机树脂覆铜板中，主要有：陶瓷基CCL（包括氧化铝基CCL、氮化铝基CCL、炭化硅素基CCL等）、金属基CCL（包括金属基板、包覆型金属基板、金属芯基板）、其它无机类基CCL（例如有二氧化硅基CCL等）。 陶瓷基覆铜板（DBC）是由陶瓷基材、键合粘接层及导电层（铜箔）而构成的。陶瓷种类有很多，可按此加以分类。如有Al 2 O3、SiO2、 MgO、Al 2 O3 SiO2、AlN、SiC、
陶瓷覆铜板板的覆铜工艺和陶瓷电路板厚膜工艺有何区别 陶瓷电路板一般是用陶瓷基板经过加工，比如钻孔、蚀刻电路、烧结和表面处理后被应用到实际的产品当中。陶瓷电路板的工艺有很多种，比如厚膜工艺、薄膜工艺等。那么陶瓷覆铜板覆铜工艺和厚膜工艺区别是什么？ 一，陶瓷覆铜板工艺 什么是陶瓷覆铜板 陶瓷覆铜板一般又叫覆铜陶瓷基板。使用DBC（Direct Bond Copper）技术将铜箔直接烧结在陶瓷表面而制成的一种电子基础材料。一般是陶瓷基板经过金属化简单加工，一般不需要做线路。 陶瓷覆铜板的作优越性和作用 覆铜陶瓷基板具有极好的热循环性、形状稳定、刚性好、导热率高、可靠性高，覆铜面可以刻蚀出各种图形的特点，并且它是一种无污染、无公害的绿色产品，使用温度相当广泛，可以从-55℃～850℃，热膨胀系数接近于硅，其应用领域十分广泛：可用于半导体致冷器、电子加热器，大功率电力半导体模块，功率控制电路、功率混合电路、智能功率组件，高频开关电源、固态继电器，汽车电子、航天航空及军用电子组件，太阳能电池板组件，电讯专用交换机、接收系统，激光等多项工业电子领域。 DBC技术的优越性：实现金属和陶瓷键合的方法有多种，在工业上广泛应用的有效合金化方法是厚膜法及钼锰法。厚膜法是将贵重金属的细粒通过压接在一起而组成，再由熔融的玻璃粘附到陶瓷上，因此厚膜的导电性能比金属铜差。钼锰法虽使金属层具有相对高的电导，但金属层的厚度往往很薄，小于25μm，这就限制了大功率模块组件的耐浪涌能力。因此必须有一种金属陶瓷键合的新方法来提高金属层的导电性能和承受
大电流的能力，减小金属层与陶瓷间的接触热阻，且工艺不复杂。铜与陶瓷直接键合技术解决了以上问题，并为电力电子器件的发展开创了新趋势。 陶瓷电路板的厚膜工艺 陶瓷电路板的厚膜工艺是在陶瓷基板等材料上面做的加工工艺，"厚膜工艺就是把专用的集成电路芯片与相关的电容、电阻元件都集成在一个基板上，在其外部采用统一的封装形式，做成一个模块化的单元。这样做的好处是提高了这部分电路的绝缘性能、阻值精度，减少了外部温度、湿度对其的影响，所以厚膜电路比独立焊接的电路有更强的外部环境适应性能" 高温超导材料厚膜工艺，是用超导陶瓷材料微粉与有机粘合溶剂调和成糊状浆料，用丝网漏印技术将浆料以电路布线或图案形式印制在基底材料上，经严格热处理程序进行烧结，制成超导厚膜，厚度可在15－80μm范围。该膜层超导转变温度在90K以上，零电阻温度在80K以上。 三，覆铜工艺与厚膜工艺比较
陶瓷基覆铜板性能要求与标准 从前面论述可以看出，陶瓷基覆铜板是根据电力电子模块电路的要求进行了不同的功能设计，从而形成了许多品种和规格的系列产品。这里主要介绍以Al2O3陶瓷-Cu板（100~600μm）进行直接键合的陶瓷基覆铜板，因为此种规格是目前生产规模最大，应用范围最广，应用效果最好的一种产品。 一、Al2O3-----DBC的制作 Al2O3-DBC就是指采用Al2O3陶瓷片与铜板在高温和惰性气体中直接键合而成的陶瓷基覆铜板。其制作流程为： 这里所使用的Al2O3瓷片一般是指Al2O3含量96%，适用于薄膜电路或厚膜电路的电子陶瓷片经特殊加工处理而成。 二、Al2O3-DBC的制作的键合机理 在高温下含氧量一定的气氛中，金属铜表面氧化形成一薄层Cu2O,温度高于低共熔点时，出现Cu-Cu2O 共晶液相，其中的Cu2O相与Al2O3陶瓷有着良好的亲和性，使界面能降低，共晶液相能很好地润湿铜和陶瓷。同时液相中的Cu2O与Al2O3发生化学反应，形成CuAlO2： 冷却后通过Cu-Al-O化学键，Cu2O与Al2O3陶瓷牢固键合在一起。在Cu2O与金属接触的另一端，以Cu-O离子键将Cu2O与铜层紧密联接起来，但是这一层的键合力与Cu2O/Al2O3反应键合相比要小一些。从拉脱试验中可以看出，当铜层拉离了瓷体，在陶瓷上留下粉红色岛状的Cu2O晶粒。 三、Al2O3-DBC覆铜板的性能要求 1 铜导带和Al2O3陶瓷基片在高温适合的气氛中直接键合，具有较高的导热性。热导率为:14~28W/m.K. 2 DBC的热膨胀系数同于Al2O3基片（7.4x10-6/℃），与Si相近并和Si芯片相匹配，可以把大型Si芯片直接搭乘在铜导体电路上，省去了传统模块中用钼片等过渡层。 3 由于DBC制作主要以化学键合为主，所以键合强度十分高，拉脱强度大于50N/mm2，剥离强度大于9N/mm。 4 基板耐可焊接性好，使用温度高。传统PCB一般在260℃ 60s左右，DBC成型温度在1000℃左右，在260℃可以多次焊接，-55~+88范围内长期使用具有优异的热可靠性。 5 可以利用传统PCB制作工艺设备进行精细线路的加工制作。具有通用性，适宜于大批量生产。 6 引线和芯片可焊性好。 7 不会产生金属迁移。
河南农业大学机电工程学院《非金属材料》课程论文 陶瓷基复合材料 姓名： 学号： 专业班级： 论文方向： 任课教师：
陶瓷基复合材料 摘要：陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。 陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。 正文： 陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。 连续纤维补强陶瓷基复合材料(简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性,特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式,使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用。20世纪70年代初,J Aveston[2]在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上,首次提出纤维增强陶瓷基复合材料的概念,为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个方向。随着纤维制备技术和其它相关技术的进步,人们逐步开发出制备这类材料的有效方法,使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。20多年来,世界各国特别是欧美以及日本等对纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺和增强理论进行了大量的研究,取得了许多重要的成果,有的已经达到实用化水平。如法国生产的“Cerasep”可作为“Rafale”战斗机的喷气发动机和“Hermes”航天飞机的部件和内燃机的部件[4];SiO2纤维增强SiO2复合材料已用作“哥伦比亚号”和“挑战者号”航天飞机的隔热瓦[5]。由于纤维增强