陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用技术

本发明专利技术是关于一种陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用。该陶瓷单模块包括：陶瓷基体，为平面板状；两个过孔阵列，设置于陶瓷基体上；每个过孔阵列包括多个平行设置的贯穿第一表面和第二表面的过孔；过孔金属，填充于过孔中并被致密化处理；过孔金属的填充度≥80％；金属膜层，设置于陶瓷基体的第二表面上覆盖过孔阵列；覆盖每个过孔阵列的金属膜层的面积为过孔阵列面积的1.2～1.3倍。所要解决的技术问题是如何制备一种阵列式过孔陶瓷基板，使得过孔金属的填充度高达80％以上；同时采用阵列式过孔结构，上述结构设计和填充度控制的综合作用提高了单模块产品的导通可靠性；且生产效率高，生产成本低，从而更加适于实用。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用
本专利技术属于电子行业用高性能陶瓷制造
，特别是涉及一种陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用。
技术介绍
随着现代宇航、通信、计算机数据处理、军事工程等电子系统朝着小型轻量化、集成化方向发展，要求薄膜电路用陶瓷基板具有高度集成特性，现有的陶瓷基板均是单一模块式，无法满足小型化、低成本化以及高度集成化的设计需求。基于此，如何在陶瓷基板上设置过孔是实现薄膜电路小型化、集成化的一个研究方向。目前关于在陶瓷基板上设置过孔的研究报道较少，有研究报道公开了一种过孔陶瓷基板的设计，其联合使用“磁控溅射、电镀增厚以及光刻等工艺”在陶瓷基板上设置了双孔结构的过孔，实现了薄膜电路的集成化。但是，其存在以下缺陷：其一是双孔结构的过孔由于过孔通道有限，无法满足大功率器件的高可靠性设计要求；其二是过孔结构的制备联合采用磁控溅射和电镀填孔的工艺，电镀填孔难以避免填孔中存在空心和凹陷的问题，存在良率低、成本高以及生产效率低等问题，难以满足高可靠性和低成本化的需求。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用，所要解决的技术问题是如何制备一种阵列式过孔陶瓷基板，使得过孔金属在过孔中的填充度高达80％以上；同时采用阵列式过孔结构，上述结构设计和填充度控制的综合作用提高了单模块产品的导通可靠性；且所述的方法缩减了制造周期，提高了生产效率，降低了生产成本，单人产能可从50件/天提升到100/天，单件成本可从2000元降低到800元，从而更加适于实用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种陶瓷单模块，其包括：陶瓷基体，为平面板状，其包括平行设置的第一表面和第二表面；两个过孔阵列，设置于所述陶瓷基体上；每个所述过孔阵列包括多个平行设置的过孔；所述过孔贯穿所述的第一表面和第二表面；过孔金属，填充于所述过孔中并被致密化处理；所述过孔金属在所述过孔中的填充度≥80％；金属膜层，设置于所述陶瓷基体的第二表面上覆盖所述的过孔阵列；覆盖每个所述过孔阵列的金属膜层的面积为所述过孔阵列面积的1.2～1.3倍。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的陶瓷单模块，其中所述过孔金属选择电阻率≤5.0×10-8Ωm的高导电材料；和/或，所述金属膜层选择由电阻率≤5.0×10-8Ωm的高导电材料制成；所述金属膜层的厚度为2～100μm。优选的，前述的陶瓷单模块，其中所述高导电材料选自银、铜、金、银合金、铜合金或金合金中的任意一种。优选的，前述的陶瓷单模块，其中每个所述过孔阵列中包括2～20个过孔；每个所述过孔阵列中的过孔排列为矩形阵列结构、环形阵列结构或梅花阵列结构。优选的，前述的陶瓷单模块，其中所述陶瓷基体的材质为氧化铝、氧化锆、氧化锆增韧氧化铝、碳化硅、氮化铝或氮化硅。优选的，前述的陶瓷单模块，其中所述过孔为圆柱形通孔，其直径为0.05mm～0.5mm。优选的，前述的陶瓷单模块，其中所述第一表面的粗糙度Ra≤10nm。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种阵列式过孔陶瓷基板，其包括：平铺排列的多个陶瓷单模块，所述陶瓷单模块为前述的陶瓷单模块；多个所述陶瓷单模块中的陶瓷基体一体化成型；定位孔，用于所述陶瓷基体的定位。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种阵列式过孔陶瓷基板的制备方法，其包括以下步骤：1)在陶瓷基体上加工定位孔和过孔阵列；所述陶瓷基体为平面板状，其包括平行设置的第一表面和第二表面；每个所述过孔阵列包括多个平行设置的过孔；所述过孔和所述定位孔贯穿所述的第一表面和第二表面；2)通过所述定位孔为所述陶瓷基体定位；通过真空吸附或挤压注射的方式向所述的过孔中填充过孔金属；3)在陶瓷基体的第二表面上涂覆金属膜层使其覆盖所述过孔阵列；覆盖每个所述过孔阵列的金属膜层的面积为所述过孔阵列面积的1.2～1.3倍；4)将涂覆金属膜层的陶瓷基体于高温下烧结，降温，出炉，得阵列式过孔陶瓷基板；所述过孔金属在所述过孔中的填充度≥80％。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的制备方法，其中步骤2)所述真空吸附的真空度为-0.1Mpa；或者，步骤2)所述挤压注射的压力为1～10Kpa。优选的，前述的制备方法，其中步骤3)所述涂覆金属膜层采用丝网覆膜；步骤4)所述烧结的工艺温度为500～1300℃。优选的，前述的制备方法，其中步骤4)之后还包括对所述第一表面进行研磨抛光处理的步骤；所述第一表面的粗糙度Ra≤10nm。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种陶瓷单模块的制备方法，将前述方法制备的阵列式过孔陶瓷基板进行划片裁切。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种薄膜混合集成电路封接模块，包括单模块，所述单模块为前述的单模块。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的薄膜混合集成电路封接模块，其包括多模块；所述多模块由平铺排列的多个如前述的陶瓷单模块组成；多个所述陶瓷单模块中的陶瓷基体一体化成型。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种IGBT模块，包括单模块，所述单模块为前述的单模块。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的IGBT模块，其包括多模块；所述多模块由平铺排列的多个如前述的陶瓷单模块组成；多个所述陶瓷单模块中的陶瓷基体一体化成型。借由上述技术方案，本专利技术提出的一种陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用至少具有下列优点：1、本专利技术提出的陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用，其可靠性高；通过采用阵列式过孔替代单孔或双孔模式，一方面增加了过孔通道面积，电流过载能力可提升3倍以上；另一方面，阵列孔的存在，即使是有个别孔通道断路或导通不良，对整个集成电路的不良影响较小；进一步的，其采用“真空吸附填孔或挤压注射填孔+丝网覆膜工艺+高温烧结”工艺替代“磁控溅射+电镀填孔”工艺，有效地提升了过孔金属在过孔中的填充度，避免了溅射、电镀填孔工艺可能存在的过孔金属空心、凹陷等问题，提高了单模块的导通可靠性，进而提升了整个集成电路的可靠性；2、本专利技术提出的陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用，其成本低、生产效率高；其采用真空填孔+丝网覆膜工艺替代磁控溅射+电镀填孔工艺，可以大幅度降低设备成本和缩减制造周期，单人产能可从50件/天提升到100/天，单件成本可从2000元降低到800元；3、本专利技术提出的陶瓷单模块、阵列式过孔陶瓷基板及其制造方法和应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷单模块，其特征在于，其包括：/n陶瓷基体，为平面板状，其包括平行设置的第一表面和第二表面；/n两个过孔阵列，设置于所述陶瓷基体上；每个所述过孔阵列包括多个平行设置的过孔；所述过孔贯穿所述的第一表面和第二表面；/n过孔金属，填充于所述过孔中并被致密化处理；所述过孔金属在所述过孔中的填充度≥80％；/n金属膜层，设置于所述陶瓷基体的第二表面上覆盖所述的过孔阵列；覆盖每个所述过孔阵列的金属膜层的面积为所述过孔阵列面积的1.2～1.3倍。/n

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷单模块，其特征在于，其包括：
陶瓷基体，为平面板状，其包括平行设置的第一表面和第二表面；
两个过孔阵列，设置于所述陶瓷基体上；每个所述过孔阵列包括多个平行设置的过孔；所述过孔贯穿所述的第一表面和第二表面；
过孔金属，填充于所述过孔中并被致密化处理；所述过孔金属在所述过孔中的填充度≥80％；
金属膜层，设置于所述陶瓷基体的第二表面上覆盖所述的过孔阵列；覆盖每个所述过孔阵列的金属膜层的面积为所述过孔阵列面积的1.2～1.3倍。


2.根据权利要求1所述的陶瓷单模块，其特征在于，所述过孔金属选择电阻率≤5.0×10-8Ωm的高导电材料；和/或，所述金属膜层选择由电阻率≤5.0×10-8Ωm的高导电材料制成；所述金属膜层的厚度为2～100μm。


3.根据权利要求2所述的陶瓷单模块，其特征在于，所述高导电材料选自银、铜、金、银合金、铜合金或金合金中的任意一种。


4.根据权利要求1所述的陶瓷单模块，其特征在于，每个所述过孔阵列中包括2～20个过孔；每个所述过孔阵列中的过孔排列为矩形阵列结构、环形阵列结构或梅花阵列结构。


5.根据权利要求1所述的陶瓷单模块，其特征在于，所述陶瓷基体的材质为氧化铝、氧化锆、氧化锆增韧氧化铝、碳化硅、氮化铝或氮化硅。


6.根据权利要求1所述的陶瓷单模块，其特征在于，所述过孔为圆柱形通孔，其直径为0.05mm～0.5mm。


7.根据权利要求1所述的陶瓷单模块，其特征在于，所述第一表面的粗糙度Ra≤10nm。


8.一种阵列式过孔陶瓷基板，其特征在于，其包括：
平铺排列的多个陶瓷单模块，所述陶瓷单模块为根据权利要求1至7任一项所述的陶瓷单模块；多个所述陶瓷单模块中的陶瓷基体一体化成型；
定位孔，用于所述陶瓷基体的定位。


9.一种阵列式过孔陶瓷基板的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
1)在陶瓷基体上加工定位孔和过孔阵列；所述陶瓷基体为平面板...

【专利技术属性】
技术研发人员：任瑞康，旷峰华，张洪波，任佳乐，崔鸽，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11