陶瓷基板的材料種類很多，有氧化鋁、氧化鈹、氮化鋁、氮化硅等。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷（Zirconia Toughened Aluminum，ZTA）是以Al2O3為基體，部分穩(wěn)定ZrO2為增韌相的一種復合相陶瓷材料。由于ZTA陶瓷具有優(yōu)異的散熱性、絕緣性、抗熱震性和機械強度，ZTA陶瓷覆銅基板廣泛應用于電動汽車IGBT、LED等領域。

圖 DBC ZTA陶瓷覆銅基板，賀利氏

1、氧化鋯增韌氧化鋁的增韌機制

氧化鋁以其高強度、高硬度、高耐磨、抗氧化及抗熱震等優(yōu)異性能，在機械、電子、化工等領域得到廣泛應用。但氧化鋁的斷裂韌性較低，抗沖擊能力差，限制了其更廣泛領域的應用。通過在氧化鋁基體中添加增韌材料，可明顯改善這一現(xiàn)象。其中氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷被證明具有較好的增韌效果。 氧化鋯的增韌機制一般認為有應力誘導相變、微裂紋增韌、彌散增韌、壓縮表面韌化等： 1）應力誘導相變 應力誘導相變增韌是利用應力誘導四方ZrO2馬氏體相變來改變陶瓷材料的韌性。ZrO2在室溫下為單斜晶系，當溫度達到1170℃時，由單斜晶系轉(zhuǎn)化為亞穩(wěn)態(tài)的四方晶型，在應力作用下，亞穩(wěn)態(tài)的四方晶型ZrO2可誘發(fā)相變重新轉(zhuǎn)化為單斜晶型。當ZrO2顆粒的尺寸足夠小，在室溫時，ZrO2仍保持四方相，當受到外應力時，裂紋尖端前部區(qū)域的四方ZrO2發(fā)生相變，吸收能力，引起體積膨脹，阻止裂紋擴展。

2）微裂紋增韌 在一定條件下，相變引發(fā)體積膨脹在基體中引起均勻分散又不互相連接的微裂紋，增加材料的斷裂表面能，吸收主裂紋擴展的能力，達到增加斷裂韌性的效果。

3）彌散增韌 不改變裂紋尺寸的情況下，添加四方氧化鋯和立方氧化鋯的氧化鋁，使得裂紋擴展路徑曲折、分叉，吸收更多能量，斷裂韌性有所提高。 4）壓縮表面韌化 研磨相變韌化ZrO2的表面，可以使表面層的四方相ZrO2顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕啵a(chǎn)生體積膨脹，形成壓縮表面層，抵消一部分外加拉應力，從而強化陶瓷。

2、氧化鋯增韌氧化鋁基板的特點

1）高強度，強度是一般氧化鋁基板的兩倍以上；

2）與氧化鋁基板和氮化鋁基板相比，擁有1.5倍以上的彎曲強度； 3）比一般氧化鋁基板及氮化鋁基板有更高的反射率； 4）可以承受嚴苛的熱沖擊測試； 5）絕佳的基板表面質(zhì)量。以均質(zhì)的微細的微結(jié)構，實現(xiàn)出色的表面粗糙度； 6）與氧化鋁基板相比，擁有1.2倍的熱傳導性。 7）擁有高電絕緣性，介電常數(shù)?。?8）與硅相近的熱膨脹系數(shù)； 9）DBC ZTA陶瓷基板制造成本與DBC標準氧化鋁陶瓷基板相近，比氮化物陶瓷基板低。

3、氧化鋯增韌氧化鋁基板的應用

ZTA 基板與普通 Al2O3 基板相比具有良好的彎曲強度，主要用于長壽命和高可靠性的應用。在大功率電動汽車、航天航空和軍工等先進工業(yè)領域中，需要使用強大載流和散熱能力的陶瓷基板。在大功率LED燈的應用中，也需要使用高反射率和高耐電壓沖擊強度的陶瓷基板。ZTA基板通過摻雜鋯的氧化鋁陶瓷提高了可靠性，耐腐蝕、化學穩(wěn)定性好，具有高斷裂韌性和抗彎強度、高耐溫能力、高載流容量、高絕緣電壓、高熱容與熱擴散能力以及與硅相近的熱膨脹系數(shù)，使其成為DBC陶瓷覆銅基板和LED線路板急需的高性能陶瓷材質(zhì)電路載體。 應用領域:

高功率電源模塊，如IGBT模塊用基板

LED 封裝用基板

ZTA陶瓷覆銅基板相關廠商有：羅杰斯、賀利氏電子、富樂華、韓國KCC、博敏電子、日本礙子、展至電子等。

審核編輯 ：李倩