DBA基板：开启高压大功率应用新时代的关键技术

在新能源汽车、智能电网、轨道交通等高压大功率应用场景中，电子器件的散热效率和可靠性已成为技术突破的关键。近年来，DBA（Direct Bonded Aluminum，直接覆铝陶瓷基板）凭借其独特的优势，逐渐成为替代传统DBC（直接覆铜）基板的“潜力股”。下面由金瑞欣小编深入解析DBA的技术原理、技术关键及行业应用，揭示其为何成为下一代功率器件封装的“热选”。

一、技术原理

DBA陶瓷基板的制备工艺原理是：当温度升至铝的熔点（660℃）以上时，液态铝在真空或惰性气体环境中能够润湿陶瓷表面（如Al?O?或AlN）。随着冷却过程的进行，铝原子会在陶瓷晶核上直接结晶生长，最终形成独特的“铝-陶瓷-铝”三明治结构。

与传统的DBC工艺相比，DBA的最大优势在于界面无化学反应。DBC工艺需要在1000℃以上的高温下进行，铜与氧化铝界面会生成脆性化合物（如CuAlO?/CuAl?O?），这会导致热应力集中，从而降低器件的可靠性。而DBA的物理结合方式有效避免了这种脆性相的生成，使得结合强度更高，器件的稳定性也更强。

然而，提高铝在陶瓷基片表面的润湿性是DBA技术的一大工艺难点。铝在空气中极易氧化，形成致密的Al?O?膜，这会严重阻碍铝与陶瓷之间的润湿作用。为了突破这一难点，目前行业内主要采用以下两种方案：

表面过渡层技术：在陶瓷表面预先镀上一层钛（Ti）、铬（Cr）等金属。通过Al-金属共晶反应形成液相，从而促进铝与陶瓷之间的扩散，提高润湿性。

瞬时液相键合（TLP）：引入硅（Si）等低熔点中间层。在低温下形成短暂的液相，扩散后生成高熔点金属间化合物。这种方法既兼顾了低温加工的优势，又保证了器件在高温服役时的稳定性。

二、技术关键点

DBA（直接覆铝陶瓷基板）的核心技术在于通过低温共晶键合实现铝层与陶瓷的物理结合。以下是其关键技术要点：

（一）金属化时的润湿性与界面强化

去氧化控制：在真空或氮气环境中对铝表面进行处理，去除氧化膜，从而为液态铝提供良好的浸润性。

热应力调控：铝的塑性变形能力较强，其屈服强度仅为铜的1/3。这一特性使得铝能够有效缓解陶瓷与金属之间因热膨胀系数失配（Al?O?: 7.1 ppm/K vs Al: 23.6 ppm/K）而产生的热应力。

（二）蚀刻工艺优化

传统DBA陶瓷基板的铝层厚度通常≥100μm，这使得蚀刻出精细线路变得非常困难。为了突破这一限制，最新的图形化技术包括：

激光精密刻蚀：采用激光技术进行精密刻蚀，可实现微米级线宽。然而，需要注意控制热影响区，避免基板因局部过热而变形。

增材制造技术：通过金属浆料印刷的方式在局部增厚导电线路，从而提升载流能力，满足高功率应用的需求。

（三）国产化工艺突破

以富乐华为代表的国内企业，在DBA基板的国产化工艺上取得了显著突破。通过粉体自研和烧结工艺的优化，这些企业成功将界面空洞率降至＜0.5%，局部放电耐压提升至1.2kV，相比进口基板提升了20%。同时，成本也降低了30-40%，这为DBA基板在国内市场的广泛应用奠定了坚实基础。

三、现存瓶颈

尽管DBA技术已经取得了显著进展，但在实际应用中仍面临一些瓶颈：

（一）精细线路限制

DBA表面的铝层较厚，这限制了其在精细线路加工方面的应用。目前，行业正在积极开发微细加工技术，如激光微钻、等离子刻蚀等，以满足高端应用对精细线路的需求。

（二）成本控制

DBA基板的高纯度工艺设备投入较大，这导致其生产成本相对较高。为了降低成本，企业需要通过规模化生产来分摊设备投资，从而降低单位成本，提高市场竞争力。

（三）界面长期可靠性

在长期高温（>200℃）环境下，铝层可能会发生蠕变，从而导致界面失效。为了解决这一问题，研究人员正在探索材料优化方案，例如采用Al-Si合金等，以提高界面的长期可靠性。

四、结语

DBA凭借其物理界面高可靠、轻量化以及与铝线的兼容性等优势，正在新能源汽车、航天航空等极端工况场景中逐步替代传统的DBC/AMB基板。富乐华等国内企业已经实现了粉体-工艺-设备的全链条国产化，DBA基板的成本也在持续下探。随着技术的不断进步，DBA有望在800V高压平台、SiC功率模块封装等领域成为主流选择，为高压大功率应用场景带来更高效、更多陶瓷基板相关资讯可以搜索“金瑞欣”进行查看，我们会定期更新资讯，若您有相关需求，欢迎与我们联系，我们将竭诚为您服务。