载板及其适用的功率模块制造技术

本发明专利技术提供了一种载板及其适用的功率模块。载板包括电路板体以及至少一预制基板。电路板体具有至少一布线层。至少一预制基板埋设于电路板体内，架构形成载板的第一面以及第二面，第一面与第二面为彼此相对的两个表面，其中至少一预制基板包括一绝缘层以及至少一金属层，至少一金属层设置于绝缘层的上表面及下表面中的至少一个表面上，且绝缘层在与至少一金属层所接触的表面所在平面上至少有部分暴露在金属层外，绝缘层暴露在金属层外的部分为一外缘部，且外缘部沿一水平方向延伸至电路板体内。至少一功率半导体设置于载板的第一面，电连接至至少一布线层以及至少一金属层，其中至少一功率半导体与至少一金属层于垂直方向的投影至少部分重叠。的投影至少部分重叠。的投影至少部分重叠。

【技术实现步骤摘要】
载板及其适用的功率模块


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体而言，涉及一种载板及其适用的功率模块。

技术介绍

[0002]现代电力电子装置作为电力转换的重要组成部分，广泛应用于电力、电子、电机和能源行业。确保电力电子装置的长期稳定运行和提高电力电子装置的电能转换效率，一直是本领域技术人员的重要追求目标。
[0003]功率半导体器件作为现代电力电子设备的核心部件，其性能直接决定了电力电子装置的可靠性和电能转换效率。然而功率半导体器件的性能与热管理息息相关。良好的热管理对于提高功率器件的转换效率、功率密度以及可靠性均至关重要。理由有以下几点：1)在较低的工作温度下， MOSFET、IGBT等功率器件的通态损耗会降低，有利于系统效率的提升。 2)在很多场合下热能的大小直接决定功率密度的高低，因为电源变换器是用于处理功率转换的系统，通常半导体器件是损耗比较多的器件，而半导体器件能够耐受的温度是有一定限制的，超过这一限制器件将丧失工作能力或者性能急剧恶化。因此，散热系统需要将半导体芯片的温度控制在可接受范围内。3)通常散热成本占系统的成本的比例也比较大。4)半导体器件的寿命和温度息息相关，在电子领域通常有这样的工程经验，即温度每上升10度其寿命就会降低一半。更低的工作温度可以有效延长器件的使用寿命。
[0004]另一方面，功率半导体常规封装形式一般以铜基板与双面覆铜陶瓷基板作为电路载板。但铜基板与双面覆铜陶瓷基板由于单层布线的限制而无法实现更高集成度或更灵活的系统设计要求。若以嵌埋陶瓷的印刷电路基板作为功率半导体导热的载板，虽然可满足导热绝缘的要求，并以灵活布线达到高集成度的需求。然而常规印刷电路基板中的有机绝缘材料与嵌埋的陶瓷具有差异较大的热膨胀系数。由于常规印刷电路板中的有机绝缘材料与陶瓷直接连接，在温度循环可靠性测试或者长时间工作后，严重失配的热膨胀系数有导致陶瓷与周边的有机绝缘材料形成贯穿裂纹的风险，并且贯穿的裂纹会功率半导体与散热器之间的绝缘耐压满足不了安规要求。
[0005]因此，如何发展一种载板及其适用的功率模块来解决现有技术所面临的问题，并达到降低寄生电感及EMI的同时提升可靠性、拓展性以及散热效能目的，实为本领域极需面对的课题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种载板及其适用的功率模块。通过优化载板各个构成组件布设，提升载板整体性能，有助于实现降低寄生电感及EMI 的目的，使其装配固定简单可靠，同时减小功率模块的体积以及功率模块的整体功率密度。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供一种载板及其适用的功率模块。利用一预制基板埋设于一电路板体，架构一载板用以组配一电子器件。其中预制基板的绝缘层由一陶瓷材料所构成，金属层通过一烧结工艺与绝缘层连接，且绝缘层在与金属层所接触的表面所在的平
面上至少有部分暴露在金属层外，绝缘层暴露在金属层外的部分为一外缘部，绝缘层的外缘部更沿水方向延伸至电路板体内。由于绝缘层的外缘部于水平方向与电路板体至少重叠大于0.3mm的宽度，且通过例如半固化片连接，有助于增加载板垂直方向的可靠性问题。再者，预制基板的金属层的厚度大于采用布线层实现连接的厚度，则有助于提升载板的散热性质。另一方面，载板配合功率半导体、钳位组件以及变压器等电子器件而应用于功率模块时，更有助于降低寄生电感及EMI、提升可靠性、拓展性以及散热效能等。其中载板与两个串联功率半导体组成的桥臂的连接工艺实现简单，成本低、可靠性高。两个串联功率半导体组成的桥臂与钳位组件可通过预制基板的金属层与电路板体的二布线层连接，还可配合散热器实现散热，降低热阻，进而达到降低成本、提升功率模块的可靠性以及散热能力的目的。电路板体的布线层可以较薄的厚度实现，结合预制基板的金属层，可以降低制造成本，并进一步提高载板的可靠性。当功率模块的两开功率半导体与钳位组件直接设置于载板上时，可简化装配结构，具有降低成本、简化工艺、提高产品良率及产品可靠性等优点。
[0008]为达前述目的，本公开提供一载板包括一电路板体以及至少一预制基板。电路板体具有至少一布线层。至少一预制基板埋设于电路板体内，其中预制基板包括一绝缘层以及至少一金属层，金属层设置于绝缘层的一上表面及一下表面中的至少一个表面上，绝缘层的上表面及下表面为彼此相对的两个表面，且绝缘层由一陶瓷材料所构成，其中金属层通过一烧结工艺与绝缘层连接，且绝缘层在与至少一金属层所接触的表面所在的平面上至少有部分暴露在金属层外，绝缘层暴露在金属层外的部分为一外缘部，且外缘部沿一水平方向延伸至电路板体内。
[0009]为达到前述目的，本专利技术提供一种功率模块包括载板以及至少一功率半导体。载板包括电路板体以及至少一预制基板。电路板体具有至少一布线层。至少一预制基板埋设于电路板体内，架构形成载板的第一面以及第二面，第一面与第二面为彼此相对的两个表面，其中至少一预制基板包括一绝缘层以及至少一金属层，至少一金属层设置于绝缘层的上表面及下表面中的至少一个表面上，绝缘层的上表面及下表面为彼此相对的两个表面，且绝缘层由一陶瓷材料所构成，其中金属层通过一烧结工艺与绝缘层连接，且绝缘层在与至少一金属层所接触的表面所在的平面上至少有部分暴露在金属层外，绝缘层暴露在金属层外的部分为一外缘部，且外缘部沿一水平方向延伸至电路板体内。至少一功率半导体设置于载板的第一面，电连接至至少一布线层以及至少一金属层，其中至少一功率半导体与至少一金属层于第一面的垂直投影至少部分重叠。
附图说明
[0010]图1示意性示出本专利技术第一优选实施例中的功率模块的截面图；
[0011]图2示意性示出本专利技术优选实施例的载板压合前的截面图；
[0012]图3A及图3B示意性示出本专利技术第二优选实施例中的功率模块的截面图；
[0013]图4A及图4B示意性示出本专利技术第三优选实施例中的功率模块的截面图；
[0014]图5示意性示出本专利技术实施例中功率模块相应的等效电路图；
[0015]图6示意性示出本专利技术第四优选实施例中的功率模块的截面图；
[0016]图7示意性示出本专利技术第五优选实施例中的功率模块的截面图；
[0017]图8示意性示出本专利技术第六优选实施例中的功率模块的截面图；
[0018]图9示意性示出本专利技术第七优选实施例中的功率模块的截面图；
[0019]图10示意性示出本专利技术第八优选实施例中的功率模块的截面图；
[0020]图11示意性示出本专利技术第九优选实施例中的功率模块的截面图，以及
[0021]图12示意性示出本专利技术第十优选实施例中的功率模块的截面图。
具体实施方式
[0022]体现本专利技术特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及附图在本质上为当作说明之用，而非用于限制本专利技术。例如，若是本公开以下的内容叙述了将一第一特征设置于一第二特征之上或上方，即表示其包含了所设置的上述第一特征与上述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种载板，包括：一电路板体，具有至少一布线层；以及至少一预制基板，埋设于该电路板体内，其中该预制基板包括一绝缘层以及至少一金属层，该金属层设置于该绝缘层的一上表面及一下表面中的至少一个表面上，该绝缘层的该上表面及该下表面为彼此相对的两个表面，且该绝缘层由一陶瓷材料所构成，其中该金属层通过一烧结工艺与该绝缘层连接，且该绝缘层在与该至少一金属层所接触的表面所在的平面上至少有部分暴露在该金属层外，该绝缘层暴露在该金属层外的部分为一外缘部，且该外缘部沿一水平方向延伸至该电路板体内。2.如权利要求1所述的载板，其中该至少一预制基板为一覆金属陶瓷基板，该绝缘层为选自由氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铍陶瓷以及氧化锆增强氧化铝陶瓷所构成的群组中的一者，该至少一金属层为选自由铜与铝所构成的群组中的一者。3.如权利要求1所述的载板，其中该绝缘层的厚度范围介于0.2mm至1.6mm，该至少一金属层的厚度范围介于0.1mm至1mm。4.如权利要求1所述的载板，其中该至少一预制基板通过一直接覆铜或一活性金属钎焊覆铜工艺实现。5.如权利要求1所述的载板，其中该外缘部于该水平方向与该电路板体重叠连接的区域具有一宽度，大于0.3mm。6.如权利要求1所述的载板，其中该电路板体包含至少二芯板以及至少一半固化片，该至少二芯板通过该至少一半固化片连接，其中该绝缘层的该外缘部通过该至少一半固化片与该电路板体于一垂直方向重叠连接。7.如权利要求1所述的载板，其中该至少一预制基板结合该电路板体形成该载板的一第一面以及一第二面，该第一面与该第二面为彼此相对的两个表面，其中该至少一布线层与该至少一金属层通过该载板的该第一面电连接至一电子器件。8.如权利要求6所述的载板，其中该载板还包括一有机绝缘材料层，设置于该电路板体内，于空间上相对于该至少一布线层，且位于该载板的该第二面。9.如权利要求7所述的载板，其中该载板还包括一内埋组件，嵌设于该有机绝缘材层内，且电连接至该至少一布线层。10.如权利要求7所述的载板，其中该载板包括一过孔，贯穿该载板的该第一面以及该第二面，该过孔内填充一树脂。11.如权利要求7所述的载板，其中该至少一预制基板的该绝缘层与该电路板体架构形成该载板的该第二面。12.权利要求1所述的载板，其中该至少一布线层埋设于该电路板体，沿该水平方向延伸，且位于该至少一预制基板的至少一侧，且该至少一布线层在该预制基板的上表面所在的平面与该预制基板的下表面所在的平面之间。13.一种功率模块，包括：一载板，包括：一电路板体，具有至少一布线层；以及至少一预制基板，埋设于该电路板体内，架构形成该载板的一第一面以及一第二面，该第一面与该第二面为彼此相对的两个表面，其中该至少一预制基板包括一绝缘层以及至少
一金属层，该至少一金属层设置于该绝缘层的一上表面及一下表面中的至少一个表面上，该绝缘层的该上表面及该下表面为彼此相对的两个表面，且该绝缘层由一陶瓷材料所构成，其中该金属层通过一烧结工艺与该绝缘层连接，且该绝缘层...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪守玉，徐海滨，王涛，周甘宇，邹欣，孙丽萍，姬超，张伟强，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：