新能源汽车功率模块封装载板“新宠”——氧化锆增韧氧化铝（ZTA）陶瓷基板

目前，覆铜陶瓷载板中常用陶瓷材料包括：氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）、氧化锆增韧氧化铝（ZTA）、氮化硅（Si3N4）。

表 覆铜陶瓷载板中常用陶瓷材料性能与技术特点

表格来源：富乐德公告资料

DBC-ZTA与DBC-Al2O3相比，具有更高的可靠性，与AMB覆铜衬板比，更具有价格优势。随着国内新能源汽车市场快速发展，以氧化锆增韧氧化铝（ZTA，Zirconia Toughened Alumina）陶瓷为基材的DCB陶瓷基板因其能满足入门级新能源汽车的性能需求，应用于新能源汽车核心三电模块等领域，市场需求持续增长，目前备受行业关注。

图 各类陶瓷覆铜板热阻，来源：KCC

图 DBC-ZTA与DBC-Al2O3对比，来源：KCC

下面为大家介绍一下ZTA陶瓷基板。为加强陶瓷基板及其封装行业上下游交流联动，艾邦建有陶瓷基板产业群，欢迎产业链上下游企业加入。

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1）ZTA陶瓷的主要机制

ZTA陶瓷是以Al2O3为基体，部分稳定ZrO2为增韧相的一种复相陶瓷材料。ZTA陶瓷的机械性能介于Al2O3陶瓷和ZrO2陶瓷之间，既保留了Al2O3陶瓷高硬度和耐磨的特性，又有ZrO2陶瓷断裂韧性好和抗弯强度高的优点，且价格低于ZrO2陶瓷。

图 ZTA陶瓷基板抗弯强度和断裂韧性与ZrO2含量的变化关系曲线，来源：吴崇隽等：ZTA陶瓷基板力学和光学性能的研究

由于ZrO2的热膨胀系数大于氧化铝，而且ZrO2的烧结温度低于Al2O3，所以ZrO2晶粒烧结完成以后处于张应力状态，有利于ZrO2四方相向单斜相产生马氏体相变，相变晶粒的剪切应力和体积膨胀对基体产生压应变，使裂纹扩展需要更大的能力，从而增加了ZTA陶瓷基体的韧性。

图 ZTA陶瓷基板，来源NIKKO

2）ZTA陶瓷基板的优势

相较于氧化铝基板，ZTA基板在某些应用中具有多项优势：

①增强韧性

ZTA 基板将锆的韧性与氧化铝的硬度相结合，这使得 ZTA 相较于纯氧化铝更具抗裂性和抗破裂性。在涉及机械应力或需要抗冲击的应用中，这种增强的韧性尤为有利。

②改善的抗热震性

与纯氧化铝相比，ZTA基板通常具有更好的抗热震性，这意味着它能够承受快速的温度变化而不会开裂或损坏，这对于涉及突然温度波动的应用至关重要。

③更佳的抗裂性能

在 ZTA 材料中，锆的存在有助于抑制裂纹的扩展。这一特性在基板可能承受循环或重复负载的应用中尤其有价值。

④降低脆性

尽管氧化铝是相对脆的材料，ZTA中的锆可以帮助减少其脆性。在应力集中可能发生的应用中，脆性的降低使ZTA基板更加具有适应性。

⑤较高的抗弯强度

ZTA基板通常具有较高的抗弯强度，这在需要高承载能力的应用中非常有用，例如结构性部件或承受弯曲力的部件。

⑥潜在的重量减轻

ZTA基板的增强韧性和机械性能可能允许设计出比纯氧化铝更薄、更轻的部件，而不影响性能。

⑦可调节的材料特性

ZTA的成分可以调整以实现特定的材料性能，根据应用需求进行定制。这种灵活性有助于满足多样化的应用需求。

⑧耐磨性

由于其硬度和韧性，ZTA基板通常表现出良好的耐磨性，适合在涉及磨损或侵蚀性磨损的应用中使用。

图 ZTA陶瓷基板，来源：艾森达

3）ZTA陶瓷基板的应用领域

由于ZTA陶瓷具有优良的散热性、绝缘性、抗热震性和机械强度，因此，ZTA陶瓷覆铜基板和发热元件在压力传感器、IGBT封装、DC～AC逆变器以及电子烟加热器等领域中有广泛的应用。

ZTA陶瓷基板相关厂商有：三环集团、CeramTec、丸和、九豪、艾森达、郑州中瓷、光弘、NIKKO等。