一种陶瓷基板及其制备方法和一种功率模块技术

本发明专利技术提供了一种陶瓷基板及其制备方法，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。本发明专利技术还提供了采用所述陶瓷基板的功率模块。本发明专利技术提供的陶瓷基板，其表层为氧化铝陶瓷，过渡层和芯层为氧化锆增韧氧化铝陶瓷，从外至内氧化锆含量梯度增加，具有更高的强度和韧性，能在功率模块中得到广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功率模块
，尤其涉及一种陶瓷基板及其制备方法和一种功率 模块。
技术介绍
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AIN、A1 203、BeO,其 性能及厚度如下表1所示。 表1 由上表1可知，采用A1N制作陶瓷基板，其强度较低（20(T300MPa)，在当前IGBT功 率模块中使用时其厚度需达到〇. 635_。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A120 3制作陶瓷基板，其厚度最薄可 达到0. 38_，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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术的技术方案为： 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。 -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，所述陶瓷基板为本专利技术提供的陶瓷基板。 本专利技术提供的陶瓷基板，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，保证本专利技术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是本专利技术实施例2制备得到的陶瓷基板的结构示意图。 图2是本专利技术实施例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是本专利技术实施例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 ;1〇--氧化锆，20--氧化铝，30--气孔。【具体实施方式】 为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图，对本专利技术进行进一步详细说明。 如图1所示，本专利技术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。 本专利技术的专利技术人发现，陶瓷材料的弯曲强度越高，陶瓷片的厚度可以做得越薄。因 此，本专利技术提供的陶瓷基板，其表层(包括上表层201和下表层202)为氧化铝陶瓷，而芯层 101和过渡层(包括上过渡层301和下过渡层302)均为氧化锆增韧氧化铝陶瓷，且芯层101 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，保证本专利技术 提供的陶瓷基板具有更高的强度和韧性，使得本专利技术的陶瓷基板的厚度可以更小，从而可 在功率模块中得到广泛应用。 如前所述，所述芯层101的材质为氧化锆增韧氧化铝。优选情况下，所述芯层101 的化学组成为：〇 < Zr02 彡 40wt%，60 彡 A1203 < 100wt%。 作为本专利技术的一种优选实施方式，所述芯层101的化学组成为10 < Zr02彡20wt%， 80彡A1203 < 90wt%。此时，所述上过渡层301、下过渡层302的化学组成相同，均为：0 < Zr02 < 10wt%，90 < A1203 < lOOwt%。从而使得该陶瓷基板具有从外至内氧化锆含量表 层0、过渡层〇-l〇wt%、芯层10-20wt%的梯度，随着氧化锆含量的增加，氧化锆增韧氧化铝陶 瓷材料的烧结收缩率增大，于是该陶瓷基板从表面到芯部逐层的烧结收缩率逐渐增大，使 得基板整体从内及外受到压应力的作用，有利于基板材料的致密化，基板整体的强度和韧 性都比传统的氧化铝基板高。 作为本专利技术的另一种优选实施方式，所述芯层101的化学组成为20 < Zr02彡40wt%，60彡A1203 < 80wt%。此时，所述上过渡层301、下过渡层302的化学组成 相同，均为：1〇 < Zr02彡20wt%，80彡A1203 < 90wt%。从而使得该陶瓷基板具有从外至内 氧化锆含量表层〇、过渡层10_20wt%、芯层20-40wt%的梯度，随着氧化锆含量的增加，氧化 锆增韧氧化铝陶瓷材料的烧结收缩率增大，于是该陶瓷基板从表面到芯部逐层的烧结收缩 率逐渐增大，使得基板整体从内及外受到压应力的作用，有利于基板材料的致密化，基板整 体的强度和韧性都比传统的氧化铝基板高。 如前所述，本专利技术提供的陶瓷基板，所述表层、过渡层和芯层101为一体结构，不 具有间隙，构成一个完整的陶瓷基板整体。本专利技术中，对于表层、过渡层和芯层101的厚度 没有特殊要求。优选情况下，所述芯层101、上表层201、下表层202、上过渡层301、下过渡 层302的厚度相同。 本专利技术的专利技术人通过进一步实验发现，所述过渡层也可设置为多层，且该多层为 由外至内氧化锆含量逐渐递增层，能进一步提高陶瓷基板的致密性。以下以过渡层具有四 层（即上过渡层、下过渡层各具有两层）为例来进一步说明本专利技术提高的陶瓷基板的结构。 具体地，如图3所示，所述上过渡层301包括上过渡层1301本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷基板，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林勇钊，林信平，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44