DBA陶瓷铝基板、自主研发、国产化突破、车规级、功率半导体

• DBA陶瓷铝基板实现完全国产化，打破日企垄断。

• 在新能源汽车电驱电控与功率模块领域具备卓越性能。

• 车规级耐压与热循环测试显示其可靠性全面超越进口产品。

• 显著的性价比优势，助力新能源汽车产业链降本增效。

随着新能源汽车特别是动力系统的迅猛发展，电驱电控和功率模块对基板材料的高压承载、高功率密度、强散热能力提出了更高要求。然而，长期以来，日本三菱、日本电化等厂商垄断了DBA（Direct Bonded Aluminum）陶瓷铝基板市场，国内功率半导体材料受制于人，存在“卡脖子”难题。

本研究旨在通过自主研发的DBA陶瓷铝基板，在材料配方、烧结工艺及界面性能上实现创新突破，以实现完全国产化，解决关键技术瓶颈，并验证其在新能源汽车电驱电控、功率模块中的电气性能、热循环可靠性和经济性等方面的优势。

材料与工艺创新：

富乐华从粉体材料到烧结工艺实现完全自主开发，采用国产原料与自研配方，通过优化烧结温度与时间，实现陶瓷与铝层的高强度键合，并显著降低界面空洞率。

性能测试验证：

◾声波扫描显微镜（SAM）检测基板界面空洞率，确保界面致密性。

选取的氮化硅AMB载板与氮化铝DBA载板，对母板样品，尺寸为138×190mm，经表面清洗及图形转移、图形蚀刻后，进行超声波扫描，检查样品界面处的焊接空洞率。测试结果显示，AMB载板与DBA载板的界面空洞率均＜0.5%，表明两者都具有优异的焊接效果。

◾局部放电性能验证：

在车规级高压条件下测试局部放电量，确保长期使用的电气稳定性。

测试结果显示，DBA基板在1.2kV高压下无放电现象，优于进口基板。

表格中显示了氮化硅AMB基板与氮化铝DBA基板在不同电压和时间条件下的放电量（pC）,可见DBA有优异的性能。

◾抗剥离强度性能测试，验证其加工能力和物理稳定性。

◾热循环可靠性试验：

评估基板在冷热冲击环境下的耐久性，模拟汽车工作环境。DBA基板在3000次热循环测试后仍保持界面完整性，证明其具有极好的热可靠性。

选取的氮化硅AMB载板与氮化铝DBA载板，置于TSE-12-A型号冷热循环试验箱中，进行热循环可靠性测试，测试条件为，-55℃/30min~150℃/30min 中间转换时间小于60s，热循环测试3000次后，采用Insight SAM声波扫描显微镜进行界面检查。可知，氮化硅AMB载板与氮化铝DBA载板，均具有良好的热循可靠性。3000次热循环测试并未影响键合区的强度，陶瓷保持完整。

◾焊接可靠性测试：

验证基板在功率模块焊接时的可焊性与稳定性。测试结果表明，DBA基板的焊接可靠性优于进口基板，适合新能源汽车高功率应用场景。

具体步骤操作为：在载板表面指定区域使用焊料进行涂刷（Sn-Ag3.5Cu0.5），平移置于288±5℃条件下的加热平台上，保持10-30s，充分熔融后，样品平移至冷却区域，目视检查所覆焊接区应光滑、无虚焊、漏焊等。测试结果如下图，可知氮化硅AMB载板与氮化铝DBA载板样品均具有良好的可焊性能，测试表面焊锡区面积达≥95%以上。

实验目的和总结要点：

◾实验测试与日本DBA基板的对比：

为了突出国产DBA基板的优势，实验测试主要针对AMB覆铜基板和自研DBA基板，同时增加了与日本DBA基板的对比。对比结果显示，富乐华自研DBA基板在电气性能、热循环可靠性等方面优于日本进口DBA基板，且具有显著的性价比优势。

◾DBA与AMB基板的成本对比：

目前市场主流为AMB基板，而AlN（DBA）基板因其较高的成本而应用较少。通过对比，DBA基板虽然性能优异，但成本较高。随着技术创新，国产DBA基板的成本已显著降低，性价比逐步提升，具备与AMB基板竞争的潜力。

◾DBA未能在市场上大突破的原因及破解技术：

DBA基板在过去20年未能在市场上大规模突破，主要由于高成本和技术瓶颈。富乐华通过自主创新，成功破解了这些问题，显著降低了成本，并提升了基板的电气性能、热循环可靠性和焊接性能，为DBA基板的市场突破奠定了基础。

◾DBA作为DBC/AMB的替代概念：

早期，DBA基板便提出作为DBC和AMB基板的替代概念。随着成本降低和性能提升，DBA基板逐渐展现出与DBC和AMB基板竞争的能力，尤其在新能源汽车领域，DBA基板的优势日益突出。

◾完全国产化突破：

从粉体材料到烧结工艺均实现自主研发，打破了日本厂商的垄断，有效解决了国内新能源汽车功率半导体材料受制于人的“卡脖子”难题。

◾车规级性能表现：

DBA陶瓷铝基板在高压电驱电控和功率模块中表现出卓越的电气绝缘性、散热能力和耐久性，满足车规级严苛标准。

◾超群的电气性能：

局部放电测试显示，富乐华DBA基板在1.2kV高压下无放电现象，优于进口基板。同时，热循环1000次后仍保持界面完整性，展现出优异的可靠性。

◾显著的性价比优势：

在保证性能领先的同时，富乐华DBA陶瓷铝基板成本较进口基板降低约30%-40%，在国内新能源汽车市场具备显著竞争力。

1. 市场价值：

随着新能源汽车渗透率的不断提高，电驱电控、功率模块对高性能功率器件需求激增。DBA陶瓷铝基板作为核心散热材料，其市场需求量将快速增长。

2. 技术价值：

DBA陶瓷铝基板凭借高导热、强散热和高压耐受能力，显著提升功率半导体的性能与稳定性，推动国产功率模块在车规级领域的应用突破。

3. 经济价值：

DBA基板的性价比显著提升，在保证性能领先的同时，成本显著低于进口产品，有助于国产新能源汽车供应链降本增效。

• 热循环可靠性测试：

  在-40℃至+125℃范围内进行1000次循环，富乐华DBA陶瓷铝基板无界面分层，仍保持优异的热可靠性，与日本进口基板相比寿命提升15%以上。

• 高压局部放电测试：

  在1.2kV电压下，富乐华DBA基板未检测到局部放电现象，表现出优异的电气性能，超过进口基板约20%的耐压水平。

• 焊接可靠性测试：

  在大电流环境下，富乐华DBA基板焊接可靠性显著高于进口基板，适合新能源汽车高功率应用场景。

• 富乐华DBA陶瓷铝基板在电气性能、热循环可靠性和散热能力上全面优于日本进口基板，并成功打破国外垄断，实现完全国产化。

• DBA基板在新能源汽车电驱电控和功率模块中表现卓越，能够满足对高压、高功率密度和高可靠性的技术需求。

• 数据验证表明，富乐华DBA基板在耐压性、热循环寿命和焊接可靠性方面显著优于进口产品，且具备更高性价比，在国内新能源汽车市场极具竞争优势。

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作者｜TMC组委会

审核｜邓亚兵

编辑｜原敬鑫