一种3D结构陶瓷基板的制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域。步骤一，真空烧结：将金属片覆盖于活性金属焊料或者活性金属焊片上，在真空环境下加热使金属片钎焊于陶瓷基板表面；步骤二，依次进行贴膜、曝光、显影、蚀刻以及退膜，进而在金属片上形成沟槽；步骤三，金属片蚀刻

【技术实现步骤摘要】
一种3D结构陶瓷基板的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体是陶瓷基板的制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷基板具有热导率高、耐热性好、热膨胀系数低、机械强度高、绝缘性好、耐腐蚀、抗辐射等特点，在电子器件封装中得到广泛应用，根据制备原理和工艺的不同，目前主流产品可以分为厚膜印刷陶瓷基板(Thick Printing Ceramic Substrate,TPC)、直接键合铜陶瓷基板(Direct Bonded Copper Ceramic Substrate,DBC)、活性金属焊接陶瓷基板(Active Metal Brazing Ceramic Substrate,AMB)等。小型化的高压大功率模块是半导体器件重要发展方向之一，在半导体器件设计中，随着尺寸减小，芯片功率密度急剧增加，对模块散热封装可靠性提出了新的要求。
[0003]IGBT模块是新一代的功率半导体元件模块，具备集通态压降低、开关速度快、高电压低损耗、大电流热稳定性好等等众多特点。随着电动汽车主逆变器功率半导体技术发展，高可靠性、高功率密度的IGBT模块封装方式改进的核心要求。传统的IGBT模块封装最大的问题是散热效率差、芯片封装密度低、寄生参数过高，这与其采用的引线键合(超声波铝打线)和单边散热技术有关。
[0004]为了解决上述问题，现有技术中为了解决上述问题，采取多种方法，其中有1)直接导线键合结构：利用焊料，将铜导线与芯片表面直接连接在一起，相对于引线键合技术，该技术使用的铜导线可有效降低寄生电感，同时由于铜导线与芯片表面互连面积大，还可以提高互连可靠性；2)2.5D模块结构：不同的功率芯片被焊接在同一块衬底上，而芯片间的互连通过增加的一层转接板中的金属连线实现，转接板与功率芯片靠得很近，需要使用耐高温的材料，低温共烧陶瓷(LTCC)转接板常被用于该结构；3)3D模块结构：两块功率芯片或者功率芯片和驱动电路通过金属通孔或凸块实现垂直互连，利用紧压工艺(Press
‑
Pack)实现的3D模块封装，这种紧压工艺采用直接接触的方式而不是引线键合或者焊接方式实现金属和芯片间的互连，该结构包含3层导电导热的平板，平板间放置功率芯片，平板的尺寸由互连的芯片尺寸以及芯片表面需要互连的版图结构确定。此外，在相关专利文献CN210668333U以及CN110797318A中给出一种典型的芯片嵌埋式封装结构及方法，芯片位于基板的通孔内，背面制作布线层。
[0005]以上，现有改进技术中用来提高芯片封装密度(实际就是降低封装模块的尺寸，特别是厚度)和可靠性的手段，依赖于额外的布线层或转接板或多层板结构，与传统技术相比没有改进陶瓷基板或改进很小，更多的是从设计的角度来解决封装问题，因此，效果有限，而且现有方法需要在基板上指定位置上打孔，提高了对基板的蚀刻和激光切割的工艺要求，显著增加了生产成本。
[0006]目前缺乏一种提高芯片封装密度的陶瓷基板的制备方法。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种3D结构陶瓷基板的制备方法，以解决以上至少一个技术问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种3D结构陶瓷基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0009]步骤一，真空烧结：在陶瓷基板的表面丝印一层活性金属焊料或者在陶瓷基板和金属片间放置活性金属焊片，将金属片覆盖于所述活性金属焊料或者活性金属焊片上，在真空环境下加热使金属片钎焊于陶瓷基板表面；
[0010]步骤二，金属片蚀刻
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沟槽蚀刻成型：
[0011]依次进行贴膜、曝光、显影、蚀刻以及退膜，进而在金属片上形成沟槽；
[0012]步骤三，金属片蚀刻
‑
第一金属层蚀刻成型：在金属片上油墨印刷或喷涂第一金属层图案，蚀刻，在金属片上形成第一金属层；
[0013]步骤四，金属片蚀刻
‑
第二金属层蚀刻成型：在金属片上油墨印刷或喷涂第二金属层图案，蚀刻，在金属片上形成第二金属层；
[0014]步骤五，金属片蚀刻
‑
第三金属层蚀刻成型：在第二金属层上油墨印刷或喷涂第三金属层图案、蚀刻、退膜，在金属片上形成第三金属层；
[0015]步骤六，焊料蚀刻：蚀刻沟槽位置的焊料层。
[0016]焊料层也就是步骤一中的活性金属焊料或者活性金属焊片。
[0017]进一步优选的，步骤一中，所述真空烧结的温度控制在700℃
‑
940℃，真空度小于0.01Pa，烧结时间60min
‑
540min。
[0018]进一步优选的，步骤二中，贴膜为贴干膜。
[0019]进一步优选地，步骤二中的，曝光是在黄光环境中，用波长为200
‑
400nm的紫外线垂直照射，曝光能量为25
‑
60J/cm2。
[0020]进一步优选地，步骤二中的，使用碱性溶液进行显影，显影温度为28
‑
32℃，显影时间为60
‑
150s；所述碱性溶液为碳酸钠或碳酸钾溶液，碱性溶液的质量百分比浓度为0.5
‑
1.5％。
[0021]进一步优选地，步骤二中的，使用双氧水、氯酸钠混合溶液进行蚀刻，蚀刻温度为20
‑
30℃，蚀刻时间为3
‑
10min；控制溶液酸当量为1.5
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2.5N。
[0022]步骤二中，退膜采用2％
‑
5％NaOH水溶液，温度50
‑
60℃，浸泡时间为1
‑
10min。
[0023]进一步优选的，步骤二中，退膜采用2％
‑
5％NaOH水溶液，温度50
‑
60℃，浸泡时间为1min
‑
10min。
[0024]进一步优选的，步骤三中，油墨为感光抗酸蚀刻油墨，采用丝网印刷时，网版目数为200
‑
300目。
[0025]进一步优选的，步骤三中，退膜采用2％
‑
5％NaOH水溶液，温度50
‑
60℃，浸泡时间为1min
‑
10min。
[0026]进一步优选的，步骤四中，油墨为感光抗酸蚀刻油墨，采用丝网印刷网版目数为200
‑
300目，退膜采用2％
‑
5％NaOH水溶液，温度50
‑
60℃。
[0027]采用上述方法制备的产品的结构如下：
[0028]所述3D结构陶瓷基板，包括上下设置的所述上金属层以及所述瓷片；
[0029]所述上金属层是由金属片途径步骤一、步骤二、步骤三、步骤四、步骤五以及步骤六形成的3D结构的上金属层；
[0030]所述上金属层包括不同厚度的第一金属部位、第二金属部位以及第三金属部位，所述第一金属部位、第二金属部位以及所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D结构陶瓷基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，真空烧结：在陶瓷基板的表面丝印一层活性金属焊料或者在陶瓷基板和金属片间放置活性金属焊片，将金属片覆盖于所述活性金属焊料或者活性金属焊片上，在真空环境下加热使金属片钎焊于陶瓷基板表面；步骤二，金属片蚀刻
‑
沟槽蚀刻成型：依次进行贴膜、曝光、显影、蚀刻以及退膜，进而在金属片上形成沟槽；步骤三，金属片蚀刻
‑
第一金属层蚀刻成型：在金属片上油墨印刷或喷涂第一金属层图案，蚀刻，在金属片上形成第一金属层；步骤四，金属片蚀刻
‑
第二金属层蚀刻成型：在金属片上油墨印刷或喷涂第二金属层图案，蚀刻，在金属片上形成第二金属层；步骤五，金属片蚀刻
‑
第三金属层蚀刻成型：在第二金属层上油墨印刷或喷涂第三金属层图案、蚀刻、退膜，在金属片上形成第三金属层；步骤六，焊料蚀刻：蚀刻沟槽位置的焊料层。2.根据权利要求1所述的一种3D结构陶瓷基板的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述真空烧结的温度控制在700℃
‑
940℃，真空度小于0.01Pa，烧结时间60min
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540min。3.根据权利要求1所述的一种3D结构陶瓷基板的制备方法，其特征在于：步骤二中，贴膜为贴干膜。4.根据权利要求1所述的一种3D结构陶瓷基板的制备方法，其特征在于：步骤二中的，曝光是在黄光环境中，用波长为200
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400nm的紫外线垂直照射，曝光能量为25
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60J/cm2。5.根据权利要求1所述的一种3D结构陶瓷基板的制备方法，其特征在于，步骤二中的，使用碱性溶液进行显影，显影温度为28
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32℃，显影时间为60
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150s；所述碱性溶液为碳酸钠或碳酸钾溶液，碱性溶液的质量百分比浓度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，贺贤汉，周轶靓，葛荘，吴承侃，
申请(专利权)人：江苏富乐德半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：