预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板、功率器件及制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，具体为预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板、功率器件及制备方法，按常规工艺完成覆铜陶瓷线路板之加工，在线距沟槽填充陶瓷粉末，经低温固化成为陶瓷绝缘体，随后进行后段封装，形成覆铜陶瓷线路板沟槽含预填充陶瓷材料功率器件。本发明专利技术可避免在后续封装过程中由于线距沟槽存在，封装材料无法将沟槽完全填满致使高功率元件出现气孔率、离子迁移等问题。陶瓷粉末中PA66和PA610成分在固化过程中充当胶黏剂，最终形成与沟槽侧壁、沟槽底部紧密贴合致密陶瓷绝缘体；且本发明专利技术所预填充之陶瓷粉末经低温固化形成致密绝缘体，能在高低温条件下保持稳定，增加功率器件耐低高温可靠性。件耐低高温可靠性。件耐低高温可靠性。

【技术实现步骤摘要】
预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板、功率器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体为预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板、功率器件及制备方法。

技术介绍

[0002]AMB覆铜陶瓷基板材料因具备高导热、高绝缘等特性，被广泛应用于高功率、高散热需求之半导体器件封装。
[0003]CN214672593公开了一种通过含连接筋
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连接块之引线框架实现双面散热功率器件和制造该器件的方法，采用与芯片CTE接近之铜钼合金或铜钨合金材料充当连接块，减少热应力，提升功率模块可靠性，以预涂覆烧结材料实现连接块引线框架与陶瓷基板和芯片之电热导通，减少工艺步骤和实施难度。因陶瓷基板经线路板制备后存在沟槽，塑封阶段硅凝胶等绝缘材料不能完全填充沟槽，产生空洞率。且空气绝缘强度低，存在高压击穿导致的功率器件失效隐患。
[0004]CN114340147公开了一种通过高精度点胶机在线路板沟槽注射硅凝胶或阻焊油墨等绝缘材料来实现陶瓷基板线路板沟槽预填充，从而改善塑封阶段陶瓷基板沟槽区之塑封材料填充问题的方法，但所填充之硅凝胶类物质其主要成分为有机高分子，应付普通烧结工艺尚可，在进行预涂覆焊片等材料之高温（320℃以上）真空回流焊烧结时，有机高分子材料容易热分解而失效，存在局限性。
[0005]有鉴于此，本案提出一种预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板、功率器件及制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板、功率器件及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板的制备方法，包括以下步骤：S1:在陶瓷层两侧涂覆焊料层，再在焊料层上焊接铜片，得到覆铜陶瓷母板；S2：在覆铜陶瓷母板单侧覆感光膜，使用菲林片进行曝光，后经显影去除未曝光区域之感光膜，得到单侧感光膜形成线路图案的覆铜陶瓷母板；根据线路图形进行刻蚀，去除已完成曝光的感光膜，再进行钎焊层刻蚀至暴露出陶瓷层，形成单侧含有线路沟槽的覆铜陶瓷线路板；S3：用陶瓷粉末填充线路沟槽，低温固化，得到粉末填充层；用激光去除图形线路上多余的陶瓷粉末，在覆铜陶瓷母板两侧进行阻焊印刷，形成阻焊层，表面镀金属镀层，形成表面处理层，得到预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板。
[0008]进一步地，所述步骤S3中，所述陶瓷粉末的制备方法包括以下步骤：将Al2O3进行高温处理后加入球磨机中球磨，干燥，备用；将PA66和PA610进行低温
处理后加热，然后物理破碎，得到混合热固塑料；将干燥后的Al2O3和混合热固塑料混合搅拌均匀，得到陶瓷粉末。
[0009]进一步地，所述陶瓷粉末中按质量百分比计，包含以下组分：70
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80%Al2O3，15
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25%PA66，5
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10%PA610。
[0010]进一步地，所述步骤S3中，陶瓷粉末的填充深度占线路沟槽≥70%。
[0011]进一步地，所述高温处理过程为以30
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35℃/h的升温速率加热到1500
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1575℃；低温处理过程为以7
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8℃/h的升温速率加热到120℃，再以18
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20℃/h的升温速率加热到300℃；球磨后Al2O3、SiO2和MgO的细度为250
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300目；物理破碎后混合热固塑料的细度为250
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300目。
[0012]进一步地，所述步骤S3中，低温固化步骤为以2.5℃/h的升温速率加热到150℃，保温20h，再以0.75℃/h的升温速率加热到180℃，保温20h，再以1℃/h的升温速率加热到200℃，保温20h。
[0013]进一步地，所述陶瓷层为Si3N4、AlN和Al2O3其中的一种或多种，厚度为0.1
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1.0mm。
[0014]进一步地，所述焊料层为Ti、Zr、Hf、Cr、V、Al中的一种或多种，厚度为0.001
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0.020mm。
[0015]进一步地，所述铜片为无氧铜，厚度为0.2
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1.4mm；所述阻焊层为阻焊油墨，厚度为5
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50μm；所述表面处理层为Au、Ag、Ni中的一种或多种；其中，不同材料的镀层厚度为：Ni2～9μm，Au0.01～0.2μm，Ag0.1～0.6μm。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：（1）所述预填充陶瓷粉末，低温固化时其PA66和PA610成分充当胶黏剂，最终形成与沟槽侧壁、沟槽底部紧密贴合致密陶瓷绝缘体，视觉上在预填充区域形成3D陶瓷基板之特征；此外所填充之陶瓷绝缘体可填平高低差，不存在现有光固化绝缘树脂填充物之固化不完全或多次填充之工艺限制，较现有方案更精简，便于实施；（2）所述预填充陶瓷粉末经低温固化形成之致密绝缘体，可在340℃ 300sec高温条件、
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65℃
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150℃高低温条件下耐受3000Cycles保持稳定，满足下游高温烧结需求，与常规热固树脂作为填充材料相比，能够增加功率器件耐低高温可靠性，在耐高温高可靠性功率器件封装过程中具备大规模推广之前景。
附图说明
[0017]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板结构示意图；图2是本专利技术对比例1制备得到的预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板填充区域示意图；图3是本专利技术实施例1制备得到的预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板填充区域示意图；图中：1陶瓷层；2焊料层；3铜片；4表面处理层；5粉末填充层。
实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
实施例
[0019]S1：将70gAl2O3以35℃/h的升温速率加热到1560℃进行高温处理后，将水和物料加入球磨机中球磨，在120℃下干燥2h，备用；将20gPA66和10gPA610以7℃/h的升温速率加热到120℃，再以18℃/h的升温速率加热到30℃进行低温处理后，将低温处理后的PA6和PA610在水浴锅中用水蒸气加热5h，然后物理破碎，得到混合热固塑料；将干燥后的Al2O3和混合热固塑料混合搅拌均匀，得到陶瓷粉末；S2:在陶瓷层1两侧涂覆焊料层2，再在焊料层2上焊接铜片3，得到覆铜陶瓷母板；其中陶瓷层为0.32mm厚的AlN；铜片为0.4mm的无氧铜；焊料层为0.005mm的Ti箔；S3：在覆铜陶瓷母板单侧覆感光膜，使用菲林片进行曝光，后经显影去除未曝光区域之感光膜，得到单侧感光膜形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:在陶瓷层（1）两侧涂覆焊料层（2），再在焊料层（2）上焊接铜片（3），得到覆铜陶瓷母板；S2：在覆铜陶瓷母板单侧覆感光膜，使用菲林片进行曝光，后经显影去除未曝光区域之感光膜，得到单侧感光膜形成线路图案的覆铜陶瓷母板；根据线路线路图案进行刻蚀，去除已完成曝光的感光膜，再进行钎焊层刻蚀至暴露出陶瓷层（1），形成单侧含有线路沟槽的覆铜陶瓷线路板；S3：用陶瓷粉末填充线路沟槽，低温固化，得到粉末填充层（5）；用激光去除图形线路上多余的陶瓷粉末，在覆铜陶瓷母板两侧进行阻焊印刷，形成阻焊层，表面镀金属镀层，形成表面处理层（4），得到预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板。2.根据权利要求1所述的预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述陶瓷粉末的制备方法包括以下步骤：将Al2O3进行高温处理后加入球磨机中球磨，干燥，备用；将PA66和PA610进行低温处理后加热，然后物理破碎，得到混合热固塑料；将干燥后的Al2O3和混合热固塑料混合搅拌均匀，得到陶瓷粉末。3.根据权利要求2所述的预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板的制备方法，其特征在于：陶瓷粉末中按质量百分比计，包含以下组分：70
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80%Al2O3，15
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25%PA66，5
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10%PA610。4.根据权利要求2所述的预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板的制备方法，其特征在于：步骤S3中，陶瓷粉末的填充深度占线路沟槽≥70%。5.根据权利要求2所述的预填充陶瓷覆铜陶瓷绝缘体线路板的制备方法，其特征在于：高温处理过程为以30
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35℃/h的升温速率加热到1500
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15...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓辉，谢继华，
申请(专利权)人：南通威斯派尔半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：