[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

本发明提供了一种陶瓷基板及其制备方法，所述陶瓷基板包括具有一体结构的表层和芯层，且所述表层对称分布于芯层的两侧；所述表层的材质为氧化铝，所述芯层的材质为氧化锆增韧氧化铝；所述氧化锆增韧氧化铝的化学组成为：0＜ZrO2≤40wt%，60≤Al2O3＜100wt%。本发明还提供了采用所述陶瓷基板的功率模块。本发明提供的陶瓷基板，其表层为氧化铝陶瓷，芯层为氧化锆增韧氧化铝陶瓷，具有更高强度和韧性，能在功率模块中得到广泛应用。

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

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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，所述陶瓷基板包括具有一体结构的表层和芯层，且所述表层对称分布于芯层的两侧；所述表层的材质为氧化铝，所述芯层的材质为氧化锆增韧氧化铝；所述氧化锆增韧氧化铝的化学组成为：0＜ZrO2≤40wt%，60≤Al2O3＜100wt%。

所述陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：流延成型制备芯层生坯和表层生坯；将表层生坯叠放于芯层生坯的两侧，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，芯层为氧化锆增韧氧化铝陶瓷，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到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是本发明提供的陶瓷基板的结构示意图。