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DBC陶瓷基板Al2O3陶瓷部分发黄实验分析

一、背景                                                               

基于DBC基板Al2O3陶瓷部分有瓷片发黄的现象存在，并且颜色深浅不一最近了解到部份客户担心此现象影响DBC基板的性能和后续的产品使用，因此深圳博锐电路进行了这项瓷片发黄的实验分析。

二、调查与分析

1.DBC基板的烧结原理                                      Al2O3-DBC基板就是Al2O3陶瓷片与铜板在高温和惰性气体中直接键合而成的陶瓷基覆铜板。其原理是在高温下含氧量一定的气氛中，金属铜表面氧化形成一薄层Cu2O,温度高于低共熔点时，出现Cu-Cu2O共晶液相，其中的Cu2O相与Al2O3陶瓷有着良好的亲和性，使界面能降低，共晶液相能很好地润湿铜和陶瓷。同时液相中的Cu-O与Al2O3发生化学反应，生成CuAlO2等复合氧化物，充当共晶钎焊用的焊料，使二者牢固结合在一起。

2.DBC基板的结合层                                                          从上述DBC基板的烧结原理可以知道铜板和Al2O3陶瓷烧结后会形成CuAlO2，CuAlO2是一种暗红色的陶瓷氧化物。CuAlO2有较好的抗酸抗碱能力，在经过正常腐蚀铜药液处理后结合层一般是很难腐蚀干净。下图是用腐蚀铜药液腐蚀掉表面铜板后的陶瓷表面状态。从此图可以看出与铜结合的部分（比未与铜结合的部分）相比明显瓷片有发黄的现象。

3.瓷片发黄部分元素分析                                                      下列图示未处理瓷片（红色线所标部分）和烧结过后瓷片发黄部分的EDX分析结果。从分析结果可以看出发黄部分Si，Ca，Mg等元素含量有一定的增加。Si，Ca，Mg等元素主要来源于Al2O3陶瓷，作为Al2O3陶瓷的烧结助剂（96%Al2O3陶瓷，除主成分Al2O3以外含有镁硅钙的氧化物）使用。这说明在DBC基板的烧结过程当中由于高温处理，Al2O3瓷片内部的烧结助剂会往表面渗出。结合Al2O3陶瓷的烧结文献可以知道，当烧结助剂（特别是SiO2等）含量增加时瓷片的颜色也有发黄的现象。

4.黄色部分颜色不均匀现象                                                    综合上述分析可以推测瓷片发黄是由结合层的CuAlO2或陶瓷片中的烧结助剂影响而照成，并且都是在DBC基板烧结反应时产生。两种反应都有一定的不确定性，如产生的CuAlO2结合层，因为是界面反应，反应后生成的厚度会有纳米级别的量差，还有烧结助剂的渗出也是相同的状况，这种反应量的不确定性导致瓷片表面的颜色不一致。

5.瓷片发黄对DBC基板性能的影响分析                                              为了确认瓷片发黄是否影响DBC基板性能造成影响，分别对瓷片发黄严重和基本不发黄的DBC基板性能进行了一系列的各种实验测试。具体的详细内容可以参考我司工艺技术部【瓷片发黄实验测试分析报告】，结果表明瓷片发黄基本不影响DBC基板的性能使用。

三．结论 

综上所述瓷片发黄是由DBC烧结时，结合层的CuAlO2或陶瓷片中的烧结助剂影响而造成。结合层的CuAlO2的厚度有微量的差异或渗出的烧结助剂量的差异导致发黄颜色的不均匀。但是瓷片发黄的现象，基本不会影响到DBC基板的性能使用。