一种功率器件封装基板制造技术

本实用新型专利技术属于电子封装技术，涉及一种功率器件封装散热用陶瓷基板。本实用新型专利技术包括陶瓷基片，具有纳米多孔铜结构且厚度相同的芯片焊接区铜层、电极引线区铜层和应力补偿铜层，芯片焊接区铜层和电极引线区铜层位于陶瓷基片上表面，应力补偿铜层位于陶瓷基片下表面。铜层可采用铜箔电镀、选择性腐蚀、热压键合等工艺制作在陶瓷基片上。铜层厚度可在30微米至500微米范围内选择。本实用新型专利技术的特点是：提高功率器件（如大功率LED、IGBT、LD等）产品的散热性、导电性、可焊性、抗热冲击性、铜层与陶瓷基片间的附着力等，从而显著提高功率电子产品的可靠性与稳定性，尤其可降低陶瓷覆铜板的生产成本，适合大规模生产和板上芯片封装技术（COB）发展。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术所属领域属于电子封装技术，具体涉及一种功率器件封装用陶瓷散热基板。技术背景随着三维封装技术发展和系统集成度提高，以大功率发光二极管(LED)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、激光器(LD)为代表的功率器件制造过程中，散热基板的选用成为关键的技术环节，并直接影响到器件的使用性能与可靠性。对于电子封装而言，散热基板主要是利用其材料本身具有的高热导率，将热量从芯片导出，实现与外界的电互连与热交换。但对于功率器件封装而言，基板除具备基本的布线(电互连)功能外，还要求具有较高的导热、绝缘、耐高温、耐电压能力与热匹配性能，一般采用陶瓷覆铜板。目前常用的陶瓷覆铜板包括厚膜工艺制备的陶瓷金属化基板、高温直接键合工艺制备的陶瓷覆铜板(DBC)和直接电镀工艺制备的陶瓷覆铜板(DPC)。其中，厚膜工艺采用金属浆料印刷后烧制实现陶瓷的金属化，其缺点在于浆料成本和烧结工艺(13000C )成本高，金属化层表面粗糙，厚度一般不超过25微米，限制了高电流的导通能力；DBC基板制备采用高温下(10650C )Cu与Al2O3间的共晶反应，对设备和工艺控制要求较高，生产成本高；而DPC基板表面铜层采用电镀工艺制备，厚度有限(一般低于100微米)，且铜层与陶瓷间的结合强度低，产品应用时可靠性较低。
技术实现思路
针对上述陶瓷基板性能的不足，本技术提出了一种功率器件封装基板，它可以提高功率器件产品的散热性、导电性、可焊性、抗热冲击性、铜层与陶瓷基片间的附着力，满足功率器件封装散热需求。本技术提供的功率器件封装基板，其特征在于，它包括陶瓷基片，具有纳米多孔铜结构且厚度相同的芯片焊接区铜层、电极引线区铜层和应力补偿铜层，芯片焊接区铜层和电极引线区铜层位于陶瓷基片上表面，应力补偿铜层位于陶瓷基片下表面。本技术的一种功率器件封装基板的有益效果是采用铜箔与陶瓷片低温热压键合的方式，制备出新型的覆铜陶瓷基板，满足功率器件封装散热需求。可提高功率器件(如大功率LED、IGBT, LD等)产品的散热性、导电性、可焊性、抗热冲击性、铜层与陶瓷基片间的附着力等，从而显著提高功率电子产品的可靠性与稳定性，尤其可降低陶瓷覆铜板的生产成本，适合大规模生产和板上芯片封装技术(COB)发展。本技术制备的陶瓷覆铜板具有如下特点(I)散热性能好，铜层与陶瓷基片间附着强度高、应力小。陶瓷是高热导材料(氧化铝热导率为20-30W/mK，氮化铝热导率大于200W/mK)，而铜的热导率达398W/mK。特别是铜层与陶瓷片采用低温热压键合工艺结合，界面应力小、热阻小、粘结强度高；(2)耐热、绝缘性能好。陶瓷是耐热绝缘材料，而铜层的附着强度不受温度的影响；(3)抗热冲击性能强。陶瓷覆铜板的热膨胀系数(CTE)由陶瓷基片材料所决定，而陶瓷基片材料的CTE与功率器件芯片的CTE相近，避免了封装焊接后芯片与基板间的高热应力；(4)铜层厚度取决于铜箔厚度，可在很宽范围内(30微米至500微米)选择，满足功率器件封装导电、散热要求；\(5)可焊性好。铜层表面光滑，有利于功率器件芯片贴装与打线；(6)生产成本低，陶瓷覆铜板可采用铜箔与陶瓷基片热压键合制备，工艺简单，适合大规模生产，并满足板上芯片封装技术(COB)发展。附图说明图I为本技术实施例的整体结构剖视示意图，图中I为陶瓷基片，2为芯片焊接区铜层，3为电极引线区铜层，4为底部应力补偿铜层。图2为本技术实施例的工艺流程图。具体实施方式下面通过借助实施例更加详细地说明本技术，但以下实施例仅是说明性的，本技术的保护范围并不受这些实施例的限制。如图I所示，本技术封装基板包括陶瓷基片1，陶瓷基片上表面的芯片焊接区铜层2和电极引线区铜层3，陶瓷基片下表面的应力补偿铜层4。其中，芯片焊接区铜层2和应力补偿铜层4的厚度相同。陶瓷基片I为氧化铝、氮化铝或氧化铍陶瓷基片，铜层2、3、4是由纯铜材料组成的铜金属化层，具体采用电解铜箔在陶瓷基片表面热压键合而成。所述铜层厚度为30微米至500微米，最好为50微米至100微米。芯片焊接区2上的芯片可以是I个或多个，多个芯片可呈阵列式分布。制备上述封装基板的工艺流程如图2所示，具体包括I)陶瓷基片经清洗/烘干后，上下表面各溅射20nm钛膜(Ti )和50nm铜膜(Cu)。陶瓷基片的形状可以是圆形的，也可以是方形或者其他异形。陶瓷基片的材料可以是氧化铝、氮化铝或氧化铍；2)选取厚度为100微米的电解铜箔片(大小与陶瓷基片相当)，先电镀沉积5微米后的黄铜层，再通过选择性腐蚀在铜箔表面得到一层纳米多孔铜结构。电解铜箔的厚度决定了陶瓷基板表面的铜层厚度，可在30微米至500微米范围内选择。3)将两片厚度相同的铜箔分别置于溅射有金属薄膜的陶瓷基片上下表面，在温度为350度，压力为5MPa的真空环境下实现热压键合，得到双面含铜层的铜-陶瓷基板；4)通过图形腐蚀、清洗、干燥等工艺制备出含金属线路的陶瓷覆铜板。以上所述，仅是本技术的一种功率器件封装基板的较佳实施例而已，并非对本技术技术范围作出任何限制。如所述铜箔可为电解铜箔或压延铜箔，其厚度为10 Pm至500 u m。凡是依据本技术的技术实质对上述实施例做任何修改或等同变化、修饰,均属于本技术
技术实现思路
之范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率器件封装基板，其特征在于，它包括陶瓷基片，以及具有纳米多孔铜结构且厚度相同的芯片焊接区铜层、电极引线区铜层和应力补偿铜层，芯片焊接区铜层和电极引线区铜层位于陶瓷基片上表面，应力补偿铜层位于陶瓷基片下表面。

【技术特征摘要】
1.一种功率器件封装基板，其特征在于，它包括陶瓷基片，以及具有纳米多孔铜结构且厚度相同的芯片焊接区铜层、电极引线区铜层和应力补偿铜层，芯片焊接区铜层和电极引线区铜层位于陶瓷基片上表面，应力补偿铜层位于陶瓷基片下表面。2.根据权利要求I所述功率器件封装基板，其特征在于，所述芯片焊接区铜层、电极引线区铜层和应力补偿铜层为由铜箔在陶瓷基片表面热压制备而成的铜层。3.根据权利要求2所述功率器件封装基板，其特征在于，所述铜箔为电解铜箔或压延铜箔。4.根据权利要求I所述功率器件封装基板，其特征在于，所述陶瓷基片为氧化铝陶瓷基片...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明祥，黄瑾，
申请(专利权)人：武汉利之达科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：