Zastosowanie podłoży DBC w praktycznych realizacjach
układów elektroniki dużej mocy
Streszczenie. W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia z zakresu technologii DBC (Direct Bonded Copper) pozwalającej na wytwarzanie
podłoży ceramicznych pokrytych jedno- lub dwustronnie warstwą miedzi. Omówiono właściwości tych podłoży, a także ich potencjał aplikacyjny.
Efektem badań przeprowadzonych w Krakowskim Oddziale ITE, było wstępne opracowanie technologii i konstrukcji układów elektroniki dużej mocy
bazujących na technice DBC. Wytworzenie płytek testowych umożliwiło określenie minimalnej szerokości ścieżek oraz optymalnej odległości
pomiędzy nimi. Przeprowadzone badania pozwalają na określenie obciążalności prądowej, możliwości realizacji połączeń ultra- i
termokompresyjnych, a także możliwości montażu elementów dołączanych, takich jak rezystory, kondensatory, tranzystory mocy typu MOS-FET,
diody LED oraz wybrane układy scalone. Przedstawiono również wybrane realizacje praktyczne układów elektroniki dużej mocy.
Abstract. The article presents selected issues of DBC (Direct Bonded Copper) technology for the production of ceramic substrates coated at one or
both sides with a thick Cu layers. Properties of DBC substrates and analysis of their areas of application are discussed. The preliminary work carried
out in the Krakow Division of the ITE, resulted in the development of technology and design of high power electronics systems based on the DBC
technique. Preparation of test samples, allowed to identify the minimum width of the paths, the minimum distance between them, their current
capacity, the possibility of achieving thermo- and ultrasonic bonding connections and the ability to attach SMD elements, such as resistors,
capacitors, transistors, power MOS-FET, LED and selected integrated circuits. In the paper various practical implementations of power electronics
circuits are presented. (Application of DBC substrates for practical implementations in power electronics circuits).
Słowa kluczowe: podłoża DBC, montaż SMT, układy dużej mocy.
Keywords: DBC substrates, SMT, power electronics modules.

http://pe.org.pl/articles/2015/9/13.pdf


c

The role of the substrate in power electronics is to provide the interconnections to form an electric circuit (like a printed circuit board), and to cool the components. Compared to materials and techniques used in lower power microelectronics, these substrates must carry higher currents and provide a higher voltage isolation (up to several thousand volts). They also must operate over a wide temperature range (up to 150 or 200 °C).

Direct Bonded Copper (DBC) substrate

Structure of a direct bonded copper substrate (top) and an insulated metal substrate (bottom).
DBC substrates are commonly used in power modules, because of their very good thermal conductivity.[1] They are composed of a ceramic material tile with a sheet of copper bonded to one or both sides by a high-temperature oxidation process (the copper and substrate are heated to a carefully controlled temperature in an atmosphere of nitrogen containing about 30 ppm of oxygen; under these conditions, a copper-oxygen eutectic forms which bonds successfully both to copper and the oxides used as substrates). The top copper layer can be preformed prior to firing or chemically etched using printed circuit board technology to form an electrical circuit, while the bottom copper layer is usually kept plain. The substrate is attached to a heat spreader by soldering the bottom copper layer to it.

https://en.wikipedia.org/wiki/Power_electronic_substrate