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一种新颖的陶瓷基板金属化技术：DBC基板的原理及应用

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第９卷　第３、４期　／、１／．　．ｒ　混舍微电子技术　Ｖｏ１．９　№３·４　

种新颖　垂金属化技术　

／　一　一邮　板的　及应用　／　电子部４３所王桦秦先海王洪刘勇　‘Ｐ　巳　摘要本文论述了直接敷铜（ＤＢＣ）基扳的基本原理、技术特点．厦以该技术为基础开发的多　

层ＤＢＣ基扳．　披　ｌ一｜　

１引言　在众多的陶　种很有特色．这就是八十年代中期逐渐发展　起来的直接焊敷铜技术，国外称为ＤＣＢ或　ＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎｄｅｄ　Ｃｏｐｐｅｒ）。该技术是把铜　箔直接焊敷到陶瓷基板上，不使用任何焊料，　更不使用粘结剂，因此称为直接敷铜。由于明　显减小了中间过渡层厚度．使得金属化层到　基板的热阻减小．工艺简化，可靠性提高。与　其它传统的陶瓷基板金属化工艺相比．ＤＢＣ　技术的最大特点是铜金属化层厚．可达０．３　ＩＴｄＴｉ甚至更高，使得金属化层承载电流能力　大为提高。此外．如铜箔焊敷到ＢｅＯ、ＡＩＮ等　高导热的陶瓷基板上，可从根本上解决大功　率大电流电子组件用基板的金属化问题。利　用ＤＢＣ技术还可以开发出许多结构新颖的　电子部件。　国外ＤＢＣ技术发展较早，一些公司如德　国的Ｃｕｒａｍｉｋ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ＩＸＹＳ；日本的东　芝、三菱及美国的公司目前的技术已很完善，　尤其是“Ｃｕｒａｍｉｋ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”是国际上最早　开发、应用ＤＢＣ技术的公司。世界上第一个　使用ＤＢＣ基板的功率半导体模块就诞生在　该公司＋它在图形形成技术及批量生产技术　方面都达了很高水准。　９０年开始研制；９３年通过部级技术鉴定；９４　年建立中试线从事批量生产　９５年至今批量　生产能力逐年增加，其主要技术性能如铜箔　附着强度、可焊性、表面处理等已达到国外同　类产品的水平．见表１。　２基本原理及特点　ＤＢＣ技术的原理简单但很巧妙：利用铜　／氧共晶低熔点化合物（含有０．３９　氧）在　１０６０￣Ｃ时呈液态，从而可作为铜箔与陶瓷问　的过渡层粘接物。而该共晶点刚好略低于铜　的熔点，只要精确控制烧结温度就可以将铜　箔焊接在陶瓷上而铜箔不熔化。以Ａｌ：Ｏｒ　ＤＢＣ为例，把放有铜箔的陶瓷基板在加压条　件下加温至１０６０￣．则在铜和基板的界面上　形成液态Ｃｕ—Ｏ薄层。这层共晶混合物浸润　Ａ【２Ｏ　表面，冷却后铜箔和Ａｌ　Ｏ　之间通过　Ｃｕ　Ｏ—Ｃｕ结晶相高强度地直接焊接在一起。　严格控制铜箔氧的含量及烧结温度是该技术　的关键。　在陶瓷基板上实现Ｃｕ金属化的方法有　厚膜工艺、薄膜工艺、电镀、ＤＢＣ等　基板金　］·　

维普资讯 http://www.cqvip.com 属化的可靠性、一致性、高成品率和成本效益　是任何金属化工艺必须遵守的重要原则。　流－ｂ、铜箔导电率高、损耗低；ｃ、铜箔与基板　

附着强度高，可靠性好；ｄ、电绝缘性能好、导　ＤＢＣ技术与其它Ｃｕ金属化技术相比（见表　热率高　铜箔与陶瓷之间界面层很薄，热阻　２）有其突出的特点：ａ、铜箔厚，可承受大电　低；ｆ、工艺简单，成本低。　裹ｌ　Ａｌ　Ｏ　－ＤＢＣ基板的性能　

性　能　华东微电子技术研究所　Ｃｕｚａｍ　ｅ｜￣ｏｎｉｃｓ公司　单　位　典型０．６３　典型０．６３　瓷片厚度　允许０．３～１．０　允许０．３～１．０　

典型０．３　典型０．３　铜绍厚度　允许０．１５～０．５　允许０．１～０．６　

可焊性　大于９９　抗拉强度　大于３０００　２５　Ｏ０～ｌ００００　Ｎ／ｃｍ　绝缘耐庄　大于１．５　（５０Ｈｚ）ｋＶ　热膨胀系数　７．２×ｌ０一　７．２×１０　Ｋ’（２０～２００℃）　基板尺寸　最大１００Ｘ１００　最大１２７×１７８　ｍｍ×ＩｉｌＴ／１　最高８５０　Ｂ５０　使用温度　℃　最低一６５　—５５　介电常数　９～１０　９～１０　损耗角正切　０．３×ｌ０—　０．２５×ｌ０一　布线线宽／问距　２．ｏ１１．ｏ　ｏ．８／１．ｏ　

表２几种基板金属化性能比较　金属化工艺　薄膜　厚膜（标准）　厚膜（ｃｕ）　化学镀膜　ＤＢＣ　ＤＢＣ　ＰＣＢ　基板材料　ＡＩ２Ｏ３／ＡＩＮ　ＡＩ　０｜　ＡＩ２０３　ＡＩ　２　ＡＩ２０　／ＡＩＮ　ＢｅＯ　有机物　Ａｕ、Ｃｕ、　ＡｇＰｄ　Ａｕ、　导体材料　ｃｕ＋玻璃　纯Ｃｕ　纯Ｃｕ　纯Ｃｕ　纯Ｃｕ　Ａｌ、Ａｇ　Ａｇ＋玻璃　

导体厚度（　ｍ）　＜１　ｌ　５～２０　ｌ　５～ｌ００　ｌ５～２６０　１５０～６００　１５０～６００　ｌ５～３５　热导率　２４（ＡＩ２Ｏ　）　２４（ＡＩ２　）　２４　２４　２４　２５０　３　（Ｗ／ｍ·Ｋ）　１４０～ｌ８０（ＡｌＮ）　１４０～１８０（ＡｌＮ）　

热膨胀系数　７．１（ＡＩ２Ｏ３）　７．１（ＡＩｚＯ３）　７．１　７．１　７．１　８．Ｏ　３０　（ｐｐｍ（Ｋ）　４．１（ＡｌＮ）　４．１（ＡｌＮ）　

剥离强度　３０　ｌ５　１０　１３　ｌ　５　１５　２　（ｋｇ／ｃｍ）　

载流能力　很低　低　中　高　很高　棍高　中　工艺成本　很高　高　中　低　低　低　中　

２·　

维普资讯 http://www.cqvip.com ３　ＤＢＣ技术的应用类型　３．１　Ａ１：ＯｒＤＢＣ基板　ＡＩ　ＯｒＤＢＣ技术首先用于电力电子模块　的布线基板（见图１）。由于Ａｌ　Ｏ。陶瓷富含　氧，因此很容易与厚铜箔直接焊结。在此结构　中虽然Ａｌ。Ｏ　陶瓷的热导率不高，但厚的铜　箔不仅具有很高的电流承受能力，而且能将　功率芯片产生的高热量迅速、有效地散发开　来，使得由芯片瞬间发热而引起的温升不至　于超过芯片的失效温度　另外，虽然铜的热膨　胀系数较大（比Ａｌ　Ｏ。大３倍），但由于氧化　铝有效制约了Ｃｕ—ＡｋＯ；一Ｃｕ复合体的膨胀，　结果使得ＡｌｚＯ　ＤＢＣ的热膨胀系数很接近于　Ａｌ　Ｏ：。这样就可将大尺寸硅芯片直接组装在　铜箔上而无须使用钼过渡垫片，使得组装工　艺简化，热阻降低。已有产品将尺寸为２０Ｘ　２０ｒａｍ的功率芯片直接组装到ＤＢＣ基板上，　并通过了高低温冲击等环境试验。　

图ｌ典型的Ａｌ　ｏ｜　ＤＢＣ基板　ＤＢＣ基板的导体图形形成方法一般有　两种，一是在烧结前就用机械加工的方法将　铜箔按所需要图形加工好　为防止在摆放到　瓷片上时铜片移动，需用一种专用胶将其预　固定（胶在烧结时挥发掉）。此法的优点是图　形边缘整齐、垂直、工艺简单成本低。但图形　位置精度难保证。对于复杂的图形不宜用此　法。另一种是烧结后用类似光刻的方法将图　形腐蚀出来。此法的优点是图形位置精度高、　产品的一致性好，可制作复杂的电路图形，并　且可在大瓷片上一次腐蚀出若干图形，再用　激光划片机切出所需产品，从而提高了生产　效率。但该工艺较复杂、成本较高。另外，厚铜　箔在化学腐蚀时会产生钻蚀、边缘不易做整　齐、易呈弧线状也是一个缺点　为防止铜箔表面在组装前氧化，烧结后　要对铜表面进行钝化处理。表面还可镀镍或　镍／金、浸锡，以满足钎焊、铝丝／金丝键台等　不同组装工艺及不同用途的要求　阻焊层也　可以印制到铜箔上以便固定芯片或其它元件　的位置。　在功率微电路生产过程中，芯片在基板　上的烧结以及基板与散热片或外壳的焊接都　要在高温下进行，例如Ａｕ／Ｓｉ焊料的焊结温　度可达４２０＂Ｃ　此外，一些特殊焊接需用Ａｇ／　Ｃｕ焊料，其熔点可达７００＂Ｃ。这时ＤＢＣ基板　的优势就显现出来：它的使用温度可达　８５０℃。　目前Ａｌ２Ｏ。一ＤＢＣ基板应用量较大的产品　是半导体致玲器　典型的致冷器使用的ＤＢＣ　３·　

维普资讯 http://www.cqvip.com 基板上组装有１．４×４×０．３ｒａｍ铜导流块　１　２６个。以往的工艺是人工将这些铜块焊接　到Ｍｏ／Ｍｎ金属化瓷片上。这种工艺效率低、　成本高，而且使铜块热阻增加。用ＤＢＣ基板　工艺就简单得多，而且无热阻增加问题。　３．２　ＡＩＮ（ＢｅＯ）一ＤＢＣ基板　上述ＡｌｚＯｓ—ＤＢＣ基板在电路需要同时承　受大电流和高功率时就可能出现问题。因为　Ａｌ　Ｏ　陶瓷的热导率不高，不能将热迅速传导　给散热片。ＢｅＯ的导热性能很好，但由于其粉　尘有剧毒，影响了使用。ＡＩＮ作为ＤＢＣ的基　板材料具有高热导率（比Ａ１２Ｏ　高９倍）和高　机械稳定性，它的热膨胀系数更接近硅．使得　硅和焊料的互连处在热冲击时应力减小，可　靠性提高。　由于ＡＩＮ陶瓷含氧量极少，因此它的　ＤＢＣ工艺与ＡＩ。Ｏ　或ＢｅＯ略有不同，在烧结　ｃｕ箔前需对ＡＩＮ基板表面做适当处理，以便　绕结时能形成薄的过渡层。华东微电子技术　研究所已开发成功这种有潜在优点的新产　品，他们正准备研究ＡＩＮ—ＤＢＣ基板的生产技　术，以便尽快将产品推向市场。　３．３三维ＤＢＣ基板　现代功率微电子组件逐渐向智能型发　展，即将大功率电路和小功率的控制电路组　装在同一个组件内，这就需要同时解决大电　流大功率和高密度布线的问题。三维ＤＢＣ基　板提供了一个很好的解决方案。它的基本思　想是将大功率芯片安装在ＤＢＣ基板上　、功　率电路部分安装在位于ＤＢＣ基板上方的　ＰＣＢ或其它可进行高密度布线的基板上，之　间通过ＤＢＣ的一体化外引线连接。制作工艺　见图２。在烧结好的ＤＢＣ基板背面用激光切　割出槽并组装上Ｉｃ芯片及其它功率元件（图　２ａ）；然后将铜箔弯曲并装配上小功率基板　（图２ｂ）。此工艺充分发挥了各种工艺的优　势，使封装密度大为增加。图３为国外的一种　三维ＤＩ　基板　

（图２　ｂ）　口Ｐ　Ｃ　Ｂ　回陶瓷豳铜箔　

图２三维ＤＢＣ基板制作过程示意图　３．４多层ＤＢＣ基板　功率电子组件中使用的多层基板要求其　布线及通孔能承受大电流（几安～几十安）　

４·　

常用的共烧多层陶瓷基板或多层ＰＣＢ基板　很难满足此要求　利用多层ＤＢＣ技术则可以　解决此问题。多层ＤＢＣ基板是将各层瓷片、　

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各种散热基板特性比较

各种散热基板特性比较

各种散热基板特性比较
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∙陶瓷基板：现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有HTCC、LTCC、DBC、DPC四种：
1、HTCC(高温共烧多层陶瓷基板)：属于较早期发展之技术，但由于其较高的制程温度
(1300~1600℃)，使其电极材料的选择受限，且制作成本相当昂贵，目前渐渐被LTCC取代。

2、LTCC(低温共烧多层陶瓷基板)：将氧化铝+30%~50%的玻璃粉+有机黏着剂混成浆
料，利用刮刀将浆料刮成片状，再将每片陶瓷基板制造线路后再压合而成，因在制程中有加入玻璃粉，故共烧温度降至约850℃，但其尺寸精确度、产品强度等技术上的问题尚待突破。

3、DBC(Direct Bonded Copper)：将陶瓷基板的单面或双面覆上铜，利用高温
(1065~1085℃)使铜与陶瓷层黏合后，再制造线路，其技术瓶颈在于不易解决Al2O3与Cu 板间微气孔产生之问题，这使得该产品的量产能量与良率受到较大的挑战。

4、DPC(Direct Plate Copper)：将陶瓷基板利用真空溅镀镀上铜层，再利用显影制程
制造线路，其制程结合材料与薄膜制程技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。

各种散热基板特性比较：
图3 各种散热基板特性比较（点击查看原图）。

银烧结工艺对dbc的要求_解释说明以及概述

银烧结工艺对dbc的要求_解释说明以及概述

银烧结工艺对dbc的要求解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文将对银烧结工艺对DBC（Direct Bonded Copper）的要求进行解释和说明。

银烧结工艺是一种常用的电子元器件封装技术，在利用高温下使银粉粒子相互扩散和融合，形成导电通道来连接电路元器件和封装基板之间的联系。

而DBC是一种特殊的陶瓷基板，由金属覆盖层与陶瓷基板通过直接键合而成。

因此，了解银烧结工艺对DBC所具有的要求变得尤为重要。

1.2 文章结构本文将按以下顺序探讨银烧结工艺对DBC的要求：2. 银烧结工艺对DBC的要求：首先，我们将介绍银烧结工艺以及DBC的简要概况，然后探讨银烧结工艺对DBC性能影响的因素。

3. 解释银烧结工艺对DBC的要求：在这一部分中，我们将详细解释硬焊与软焊技术选择、PCB设计要求以及温度控制和压力要求等方面所需考虑的因素。

4. 说明银烧结工艺对DBC的要求：接着，我们将说明成本、硬度要求及性能优化以及寿命与可靠性考虑等方面对银烧结工艺在DBC中的要求。

5. 结论：最后，我们将总结文章中提出的观点和主要发现，并提出对进一步研究和发展的建议或展望。

1.3 目的本文旨在深入了解银烧结工艺对DBC的要求，为相关领域从业者提供指导和参考。

通过系统分析和归纳，可以帮助读者更好地理解银烧结工艺在DBC制作中的应用，并为未来相关技术和方法的改进提供有益的思路。

同时，也能够使读者认识到银烧结工艺在电子封装领域中所扮演的关键角色，促进其在实践应用中获得更好的效果和可靠性。

2. 银烧结工艺对DBC的要求:2.1 银烧结工艺简介银烧结工艺是一种常用于电子封装技术中的高温连接技术，它通过将银粉或银膏加热至一定温度，使其熔化并与基板表面形成牢固的连接。

这种工艺能够在高温和高压下实现电子器件之间的可靠连接，并具有较好的导电性能。

2.2 DBC简介DBC（Direct Bond Copper）即直接键合铜，它是一种常用于功率半导体器件封装中的基板材料。

2023年覆铜(DCB)陶瓷基板行业市场前景分析

2023年覆铜(DCB)陶瓷基板行业市场前景分析

2023年覆铜（DCB）陶瓷基板行业市场前景分析覆铜（DCB）陶瓷基板是一种新型陶瓷基板材料，其具有良好的导热性能，高强度和优异的抗化学危害性能，并且适用于高功率和高密度电子器件的应用。

近年来，随着电子行业的发展，DCB基板以其优异的性能受到了广泛的关注和应用，市场需求逐渐增加。

一、市场需求分析DCB基板在电子行业中应用广泛，其主要应用领域包括微波和射频功率放大器、LED、电机驱动器、功率电子等。

随着NB-IoT、5G、车联网等新兴应用的发展和普及，对于高功率和高频率电子器件的需求也越来越大，对DCB基板的市场需求也随之增加。

同时，随着智能化、轻量化和小型化的趋势不断推进，DCB基板可以实现高集成和高密度布局，能够适应不断升级的市场需求，因此其市场前景非常广阔。

二、市场竞争分析DCB基板行业中，市场竞争主要集中在国内外少数大型企业和众多中小型企业之间。

国际上，主要厂商有德国Hermetic Solutions Group（SCHOTT）、美国德州仪器公司（TI）、日本AGC公司等大型跨国企业；国内主要企业包括华星光电、昆山NTF有机金属、钜晟精密电路等。

国内市场竞争压力较大，但整体发展迅速，市场份额不断提升。

三、技术水平分析DCB基板技术主要涉及到微制造技术、材料工程技术、封装技术等诸多方面。

目前，国内DCB基板企业的技术水平相对较低，主要原因是技术研发投入不足、设备生产能力有限、成本控制不够等问题。

与国际厂商相比，国内企业技术研发资金相对有限，技术人才相对不足，与国际最新技术的落差也比较大。

四、市场发展趋势作为一种新型材料，DCB陶瓷基板的市场前景非常广阔。

尤其是在新兴领域应用的推进下，DCB基板市场需求将逐渐升温。

同时，市场也将出现产品向中高端升级、竞争格局不断演变、技术创新和研发投入增加等趋势。

当前，DCB基板行业面临的主要挑战还是技术攻关和成本控制等问题，如能加强技术研发和成本降低措施，将有望在未来市场竞争中获得更大的优势和机遇。

【精品文章】一文了解陶瓷基板表面金属化技术

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2μm 以内）、粘结相（粘结剂）和有机载体所组成。
厚膜导电浆料 SEM 图片（银 60-80%，玻璃料 5-25%，有机料 10-20%）
功能相金属粉末一般为 Au、Pt、Au/Pt、Au/Pd、Ag、Ag/Pt、Ag/Pd、
Cu、Ni、Al 及 W 等金属，其中 Ag、Ag/Pd 和 Cu 浆料居多。粘结剂一般
一文了解陶瓷基板表面金属化技术
随着微电子产品发展趋向于功能多样化、高性能化和产品小型化，特 别是 5G 通信技术发展要求通信设备（网络基站、大型滤波器）等有更高的 功率，因而陶瓷基板以其低热阻、耐高压、高散热、寿命长等优良特性， 在大功率 LED 产业、高频电子设备、大型网络基站、滤波器件等领域具有 非常广泛的应用前景。而陶瓷基板表面金属化是决定其实际应用的重要前 提。目前，陶瓷基板表面金属化方法主要有共烧法、厚膜法、直接敷铜 法、直接敷铝法及薄膜法等，下面小编做简要介绍。 一、共烧法 共烧多层陶瓷基板因利用厚膜技术将信号线、微细线等无源元件埋入基 板中能够满足集成电路的诸多要求，目前得到了广泛的关注。 共烧多层陶瓷基板 共烧法分为高温共烧和低温共烧。两者工艺流程基本相同，首先将陶瓷 粉体与有机粘接剂混合形成浆料，再利用刮刀把浆料加工成片状，经干燥 后形成陶瓷生坯，然后根据设计要求在生坯上加工导通孔并填充金属粉 末，利用丝网印刷技术在生坯表面涂布形成线路图形，最后将各层生坯层 叠后进行压合，在共烧炉内完成烧结并成型。具体如下： 共烧法工艺流程 高温共烧温度为 1300~1600 ℃，而低温烧结温度则为 850~900℃，造成 这种差别的主要原因在于低温烧结浆料中加入了可以降低烧结温度的玻璃 材料。 共烧法用于陶瓷基板表面金属化优点是：在增加组装密度、缩短互连长
CuAlO2 或 Cu