[发明专利]一种陶瓷基板及其制备方法和一种功率模块

说明书

技术领域

本发明属于功率模块技术领域，尤其涉及一种陶瓷基板及其制备方法和一种功率模块。

背景技术

在高新技术飞速发展的今天，电子器件的高性能、高可靠性、高密度要求所用的基板材料必须具有良好的机械性能、电性能、散热性能和焊接性能。功率模块中使用的关键部件是DBC（Direct Bonded Copper）基板，其为一种金属/陶瓷结合基板，其主要特征为高绝缘耐压、载流能力强、热导率高。目前，常用于DBC基板的陶瓷主要有AlN、Al₂O₃、BeO，其性能及厚度如下表1所示。

表1

。

由上表1可知，采用AlN制作陶瓷基板，其强度较低（200~300MPa），在当前IGBT功率模块中使用时其厚度需达到0.635mm。另外，氮化铝基板的生产条件苛刻、成本高，价格昂贵，仅有日本丸和、京瓷等少数几家企业能生产。而采用Al₂O₃制作陶瓷基板，其厚度最薄可达到0.38mm，大大降低了基板尺寸。但其在大功率器件使用中，整体热阻仍然很大，热量难以充分导出，温升大。采用BeO材料作为电子封装材料时，虽然综合性能较好，但强毒性限制了其应用。

发明内容

本发明解决了现有技术中用于DBC基板常见的陶瓷存在的成本高、热阻大且具有强毒性导致其应用受到大大限制的技术问题，并提供了一种新型的陶瓷基板。

具体地，本发明的技术方案为：

一种陶瓷基板，所述陶瓷基板由内至外依次包括具有一体结构的芯层、过渡层以及表层；所述过渡层包括对称分布于芯层两侧的上过渡层和下过渡层，所述表层包括对称分布于上过渡层、下过渡层两侧的上表层、下表层；所述表层的材质为氧化铝，所述过渡层和芯层的材质均为氧化锆增韧氧化铝，且芯层中的氧化锆含量高于过渡层中的氧化锆含量。

所述陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：流延成型分别制备芯层生坯、上过渡层生坯、下过渡层生坯、上表层生坯和下表层生坯；按上表层-上过渡层-芯层-下过渡层-下表层的顺序将各生坯依次叠放，等静压后排胶烧结，得到所述陶瓷基板。

一种功率模块，所述功率模块中含有DBC基板；所述DBC基板包括陶瓷基板和位于陶瓷基板表面的金属层；其中，所述陶瓷基板为本发明提供的陶瓷基板。

本发明提供的陶瓷基板，其表层为氧化铝陶瓷，芯层和过渡层均为氧化锆增韧氧化铝陶瓷，且芯层中的氧化锆含量高于过渡层中的氧化锆含量，因此其一方面同时利用氧化铝陶瓷的高热导率、氧化锆增韧氧化铝陶瓷的高强度和高韧性，另一方面该陶瓷基板从表层往芯层其氧化锆含量逐渐增加、对应烧结收缩率逐渐增大，从而使得基板材料的致密度更高，保证本发明提供的陶瓷基板具有更高的强度和韧性，且无毒，能在功率模块中得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明实施例2制备得到的陶瓷基板的结构示意图。

图2是本发明实施例2制备得到的陶瓷基板S1过渡层与芯层接触处放大倍率为2000的SEM图。

图3是本发明实施例4制备得到的陶瓷基板的结构示意图。

图中，101——芯层，201——上表层，202——下表层，301——上过渡层，302——下过渡层，3011——上过渡层I，3012——上过渡层II，3021——下过渡层I，3022——下过渡层II；10——氧化锆，20——氧化铝，30——气孔。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种陶瓷基板，所述陶瓷基板由内至外依次包括具有一体结构的芯层101、过渡层以及表层；所述过渡层包括对称分布于芯层101两侧的上过渡层301和下过渡层302，所述表层包括对称分布于上过渡层301、下过渡层302两侧的上表层201、下表层202；所述表层的材质为氧化铝，所述过渡层和芯层101的材质均为氧化锆增韧氧化铝，且芯层101中的氧化锆含量高于过渡层中的氧化锆含量。

如前所述，所述表层对称分布于上过渡层301、下过渡层302两侧。具体地，如图1所示，上表层201分布于上过渡层301的上表面，下表层202分布于下过渡层302的下表面。