大功率器件散熱離不開陶瓷基板

陶瓷基板制備工藝

流延成型技術(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的濕法成型工藝，可一次性成型制備厚度范圍在幾十微米到毫米級別的陶瓷生坯，并通過進(jìn)一步的層壓、脫脂、燒結(jié)形成陶瓷基片，主要應(yīng)用于電子基板、多層電容器、多層封裝、壓電陶瓷等。與傳統(tǒng)的粉末冶金干法制備工藝相比，流延工藝制備出的陶瓷薄片均勻性好、通透性高，在要求比較高的集成電路 領(lǐng)域深受歡迎。陶瓷基板常用的成型方法主要以流延成型為主。

陶瓷材料的導(dǎo)熱性影響因素

高導(dǎo)熱性非金屬固體通常具備以下４個條件：構(gòu)成的原子要輕、原子間的結(jié)合力要強(qiáng)、晶格結(jié)構(gòu)要單純、晶格振動的對稱性要高。陶瓷材料的導(dǎo)熱性的影響因素：

（1）原料粉體，原料粉體的純度、粒度、物相會對材料的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。由于非金屬的傳熱機(jī)制為聲子傳熱，當(dāng)晶格完整無缺陷時，聲子的平均自由程越大，熱導(dǎo)率越高，而晶格中的氧往往伴隨著空位、位錯等結(jié)構(gòu)缺陷，顯著地降低了聲子的平均自由程，導(dǎo)致熱導(dǎo)率降低；

（2）在燒結(jié)過程，添加的燒結(jié)助劑中可以與陶瓷粉體表面的原生氧化物發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的共晶熔液，利用液相燒結(jié)機(jī)理實現(xiàn)致密化。然而，燒結(jié)助劑所形成的晶界相自身的熱導(dǎo)率較低，對陶瓷熱導(dǎo)率具有不利影響，特別地，如氮化硅陶瓷常用的Al2O3燒結(jié)助劑，在高溫下會與氮化硅和其表面氧化物形成SiAlON固溶體，造成晶界附近的晶格發(fā)生畸變，對聲子傳熱產(chǎn)生阻礙，從而大幅度降低氮化硅陶瓷的熱導(dǎo)率。因此選用適合的燒結(jié)助劑，制定合理的配方體系是提升氮化硅熱導(dǎo)率的關(guān)鍵途徑.

陶瓷基板金屬化

目前導(dǎo)熱的陶瓷基板可分為HTCC（高溫共燒多層陶瓷）、LTCC（低溫共燒陶瓷）、DBC（直接鍵合銅陶瓷基板） 和DPC（直接鍍銅陶瓷基板）、活性金屬纖焊陶瓷基板（AMB）等幾種形式，其特點(diǎn)如下。

對于大功率器件而言，基板除具備基本的機(jī)械支撐與電互連功能外，還要求具有高的導(dǎo)熱性能。因為HTCC/LTCC的熱導(dǎo)率較低，因此在高功率的器件以及IGBT模組的使用場景中散熱基板目前主要以DBC、DPC、AMB三種金屬化技術(shù)為主。