目前本公司已能批量生产IGBT模块用低热阻陶瓷覆铜板(DBC)，其主要工艺流程为：陶瓷基片和铜箔的清洗烘干→铜箔预处理→铜箔与陶瓷基片的高温共晶键合→冷热阶梯循环冷却→质检→按要求刻蚀图形→化学镀镍(或镀金)→质检→激光划片、切割→成品质检→真空或充氮气包装→入成品库。

3.1 专用设备的研制

为了能在流动氧和氮气氛下把高温控制在±0.25℃范围内，以保证自主研发的铜-陶瓷-铜高温共晶键合技术在动态气氛下的稳定性，公司专门研制了具有自主知识产权的YH-03型链式共晶键合炉(图2)。其炉体结构、传动系统、测控方式等结合工艺要求作了全面优化设计，保证了共晶键合工艺的稳定性，从而大大提高了产品的成品率。

3.2 铜箔预处理专有工艺技术

为了降低铜箔与陶瓷键合的空洞率，保证DBC陶瓷覆铜板的低热阻，本公司采用铜箔预处理专有工艺技术，使铜箔与陶瓷的键合过程始终呈线性区域复合，改善了高温键合时液相对陶瓷的湿润角，有利于排除气泡，进一步减少了铜箔和陶瓷之间空隙的不均匀性。

3.3 冷-热阶梯循环冷却工艺

为了改善DBC陶瓷覆铜板的弯曲率，降低目前常用的直接冷却法使DBC陶瓷覆铜板应力过大的问题，经多次计算分析，设计出全新的冷却模式：冷-热阶梯循环冷却应力消除专有工艺技术，实现了DBC陶瓷覆铜板的低应力键合，使成品DBC陶瓷覆铜板的弯曲率≤100um/50mm。

4、产品的规格和主要技术参数

4.1 产品规格

淄博市临淄银河高技术开发有限公司已能批量供应下列规格产品(见表1)。其最大规格尺寸为139.7mm×190.5mm，并可根据用户需要激光切割成各种规格尺寸。

4.2 主要技术参数

表2 IGBT模块用低热阻陶瓷覆铜板(DBC)的主要技术参数

5、陶瓷覆铜板未来发展趋势

由于AlN陶瓷覆铜板的热导率是Al2O3陶瓷覆铜板的5～10倍，其热膨胀系数几乎是Al2O3陶瓷覆铜板的一半，非常接近硅的热膨胀系数，很有利于硅芯片直接焊在AlN陶瓷覆铜板上，AlN的机械强度和绝缘性能与Al2O3很接近，因而AlN陶瓷覆铜板将在新型电力半导体模块的封装中得到广泛应用。但AlN是一种共价键较强的非氧化物，在高温下很难与铜湿润而键合，因此必须在AlN表面形成一定厚度且非常致密的氧化层作为过渡层，这是当今解决Cu-AlN牢固键合的关键。

6、结束语

IGBT模块用低热阻陶瓷覆铜板(DBC)是在高温(>1000℃)和流动(N2+O2)气氛下、温度控制精度(±0.25 ℃)的条件下，采用本公司自主创新研发的铜箔预处理减少键合空洞率的专有工艺技术和“冷-热阶梯循环冷却”应力消除专有工艺技术，把0.38㎜(或0.25㎜)厚的Al2O3陶瓷板与0.3㎜(或0.15㎜)厚的铜箔牢固地键合在一起。由于采用上述专用设备和特殊工艺技术，使DBC陶瓷覆铜板的成品率大大提高，键合强度提高，键合面几乎没有空洞，热阻大大降低(约为0.19K/W)。这些优点非常有利于IGBT模块的封装，使模块总热阻降低，增加模块输出功率，并使IGBT模块的稳定性和可靠性提高。目前，本项目已获国家发改委新型电力电子产业化专项支持，公司已能大批量生产IGBT模块用低热阻陶瓷覆铜板。

参改文献

1.Dr.JuergenSchulz-Harder Dr.KarlExel.Recent，Developments of Direct Bonded Copper(DBC)Substrates for Power Modules(J).Power Electronics 2003 Vol.1 No5;42～47.

2.谢进.铜-陶瓷键合机理及其规律的研究[博士论文].西安交通大学.1995.

3.吴济钧.电力半导体模块及其发展趋势[J]电源技术应用2001年8月第8期.53～59。

4. 吴济钧,吴莉莉.电力半导体模块及其工艺技术.[J]半导体情报,第38卷,第1期.2001年2月.23～27.

作者简介：

李磊(1976-)，男，山东淄博人，高级工程师，研究方向为陶瓷覆铜板技术。

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