隨著新能源汽車特別是動力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，電驅(qū)電控和功率模塊對基板材料的高壓承載、高功率密度、強散熱能力提出了更高要求。然而，長期以來，日本三菱、日本電化等廠商壟斷了DBA（Direct Bonded Aluminum）陶瓷鋁基板市場，國內(nèi)功率半導體材料受制于人，存在“卡脖子”難題。
本研究旨在通過自主研發(fā)的DBA陶瓷鋁基板，在材料配方、燒結(jié)工藝及界面性能上實現(xiàn)創(chuàng)新突破，以實現(xiàn)完全國產(chǎn)化，解決關鍵技術(shù)瓶頸，并驗證其在新能源汽車電驅(qū)電控、功率模塊中的電氣性能、熱循環(huán)可靠性和經(jīng)濟性等方面的優(yōu)勢。
材料與工藝創(chuàng)新：
富樂華從粉體材料到燒結(jié)工藝實現(xiàn)完全自主開發(fā)，采用國產(chǎn)原料與自研配方，通過優(yōu)化燒結(jié)溫度與時間，實現(xiàn)陶瓷與鋁層的高強度鍵合，并顯著降低界面空洞率。
性能測試驗證：
?聲波掃描顯微鏡（SAM）檢測基板界面空洞率，確保界面致密性。
選取的氮化硅AMB載板與氮化鋁DBA載板，對母板樣品，尺寸為138×190mm，經(jīng)表面清洗及圖形轉(zhuǎn)移、圖形蝕刻后，進行超聲波掃描，檢查樣品界面處的焊接空洞率。測試結(jié)果顯示，AMB載板與DBA載板的界面空洞率均＜0.5%，表明兩者都具有優(yōu)異的焊接效果。
?局部放電性能驗證：
在車規(guī)級高壓條件下測試局部放電量，確保長期使用的電氣穩(wěn)定性。
測試結(jié)果顯示，DBA基板在1.2kV高壓下無放電現(xiàn)象，優(yōu)于進口基板。
表格中顯示了氮化硅AMB基板與氮化鋁DBA基板在不同電壓和時間條件下的放電量（pC）,可見DBA有優(yōu)異的性能。
?抗剝離強度性能測試，驗證其加工能力和物理穩(wěn)定性。
?熱循環(huán)可靠性試驗：
評估基板在冷熱沖擊環(huán)境下的耐久性，模擬汽車工作環(huán)境。DBA基板在3000次熱循環(huán)測試后仍保持界面完整性，證明其具有極好的熱可靠性。
選取的氮化硅AMB載板與氮化鋁DBA載板，置于TSE-12-A型號冷熱循環(huán)試驗箱中，進行熱循環(huán)可靠性測試，測試條件為，-55℃/30min~150℃/30min 中間轉(zhuǎn)換時間小于60s，熱循環(huán)測試3000次后，采用Insight SAM聲波掃描顯微鏡進行界面檢查?？芍鐰MB載板與氮化鋁DBA載板，均具有良好的熱循可靠性。3000次熱循環(huán)測試并未影響鍵合區(qū)的強度，陶瓷保持完整。
?焊接可靠性測試：
驗證基板在功率模塊焊接時的可焊性與穩(wěn)定性。測試結(jié)果表明，DBA基板的焊接可靠性優(yōu)于進口基板，適合新能源汽車高功率應用場景。
具體步驟操作為：在載板表面指定區(qū)域使用焊料進行涂刷（Sn-Ag3.5Cu0.5），平移置于288±5℃條件下的加熱平臺上，保持10-30s，充分熔融后，樣品平移至冷卻區(qū)域，目視檢查所覆焊接區(qū)應光滑、無虛焊、漏焊等。測試結(jié)果如下圖，可知氮化硅AMB載板與氮化鋁DBA載板樣品均具有良好的可焊性能，測試表面焊錫區(qū)面積達≥95%以上。
實驗目的和總結(jié)要點：
?實驗測試與日本DBA基板的對比：
為了突出國產(chǎn)DBA基板的優(yōu)勢，實驗測試主要針對AMB覆銅基板和自研DBA基板，同時增加了與日本DBA基板的對比。對比結(jié)果顯示，富樂華自研DBA基板在電氣性能、熱循環(huán)可靠性等方面優(yōu)于日本進口DBA基板，且具有顯著的性價比優(yōu)勢。
?DBA與AMB基板的成本對比：
目前市場主流為AMB基板，而AlN（DBA）基板因其較高的成本而應用較少。通過對比，DBA基板雖然性能優(yōu)異，但成本較高。隨著技術(shù)創(chuàng)新，國產(chǎn)DBA基板的成本已顯著降低，性價比逐步提升，具備與AMB基板競爭的潛力。
?DBA未能在市場上大突破的原因及破解技術(shù)：
DBA基板在過去20年未能在市場上大規(guī)模突破，主要由于高成本和技術(shù)瓶頸。富樂華通過自主創(chuàng)新，成功破解了這些問題，顯著降低了成本，并提升了基板的電氣性能、熱循環(huán)可靠性和焊接性能，為DBA基板的市場突破奠定了基礎。
?DBA作為DBC/AMB的替代概念：
早期，DBA基板便提出作為DBC和AMB基板的替代概念。隨著成本降低和性能提升，DBA基板逐漸展現(xiàn)出與DBC和AMB基板競爭的能力，尤其在新能源汽車領域，DBA基板的優(yōu)勢日益突出。
創(chuàng)新性和獨特性：
?完全國產(chǎn)化突破：
從粉體材料到燒結(jié)工藝均實現(xiàn)自主研發(fā)，打破了日本廠商的壟斷，有效解決了國內(nèi)新能源汽車功率半導體材料受制于人的“卡脖子”難題。
?車規(guī)級性能表現(xiàn)：
DBA陶瓷鋁基板在高壓電驅(qū)電控和功率模塊中表現(xiàn)出卓越的電氣絕緣性、散熱能力和耐久性，滿足車規(guī)級嚴苛標準。
?超群的電氣性能：
局部放電測試顯示，富樂華DBA基板在1.2kV高壓下無放電現(xiàn)象，優(yōu)于進口基板。同時，熱循環(huán)1000次后仍保持界面完整性，展現(xiàn)出優(yōu)異的可靠性。
?顯著的性價比優(yōu)勢：
在保證性能領先的同時，富樂華DBA陶瓷鋁基板成本較進口基板降低約30%-40%，在國內(nèi)新能源汽車市場具備顯著競爭力。
價值性：
1. 市場價值：
隨著新能源汽車滲透率的不斷提高，電驅(qū)電控、功率模塊對高性能功率器件需求激增。DBA陶瓷鋁基板作為核心散熱材料，其市場需求量將快速增長。
2. 技術(shù)價值：
DBA陶瓷鋁基板憑借高導熱、強散熱和高壓耐受能力，顯著提升功率半導體的性能與穩(wěn)定性，推動國產(chǎn)功率模塊在車規(guī)級領域的應用突破。
3. 經(jīng)濟價值：
DBA基板的性價比顯著提升，在保證性能領先的同時，成本顯著低于進口產(chǎn)品，有助于國產(chǎn)新能源汽車供應鏈降本增效。
案例分析：
熱循環(huán)可靠性測試：
在-40℃至+125℃范圍內(nèi)進行1000次循環(huán)，富樂華DBA陶瓷鋁基板無界面分層，仍保持優(yōu)異的熱可靠性，與日本進口基板相比壽命提升15%以上。
高壓局部放電測試：
在1.2kV電壓下，富樂華DBA基板未檢測到局部放電現(xiàn)象，表現(xiàn)出優(yōu)異的電氣性能，超過進口基板約20%的耐壓水平。
焊接可靠性測試：
在大電流環(huán)境下，富樂華DBA基板焊接可靠性顯著高于進口基板，適合新能源汽車高功率應用場景。
主要結(jié)論：
富樂華DBA陶瓷鋁基板在電氣性能、熱循環(huán)可靠性和散熱能力上全面優(yōu)于日本進口基板，并成功打破國外壟斷，實現(xiàn)完全國產(chǎn)化。
DBA基板在新能源汽車電驅(qū)電控和功率模塊中表現(xiàn)卓越，能夠滿足對高壓、高功率密度和高可靠性的技術(shù)需求。
數(shù)據(jù)驗證表明，富樂華DBA基板在耐壓性、熱循環(huán)壽命和焊接可靠性方面顯著優(yōu)于進口產(chǎn)品，且具備更高性價比，在國內(nèi)新能源汽車市場極具競爭優(yōu)勢。
