CN100483763C - 铜膜加厚的覆铜陶瓷基板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铜膜加厚的覆铜陶瓷基板的制备方法，涉及电子器件制造技术领域，取铜片进行镀镍处理，将现有DBC基板的覆铜层涂高温锡膏，将铜片放置在DBC基板涂有高温锡膏的覆铜层上，将覆有铜片的DBC基板置于高温回流炉中，经过高温回流焊接，制成铜膜加厚的覆铜陶瓷基板。本发明方法生产的覆铜陶瓷基板，不破坏基板任何原有性能，增加DBC基板的热容量，使浪涌电压和电流产生的多余热量瞬间被吸收，即可完全避免功率芯片的热击穿，有效缩小产品体积，且大幅度降低产品成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件制造技术领域，是一种覆铜陶瓷基板的制备方法。
背景技术
覆铜陶瓷基板(以下简称DBC基板)，由于具有高导热性、高电绝缘性、电流容量大、机械强度高、与硅芯片相匹配的温度特性等特点，因此被广泛应用于航天、军工、汽车等特殊电子行业，用来做功率芯片的绝缘与散热。目前，DBC基板是采用高温蒸发工艺将铜淀积到Al2O3陶瓷基板上，然后再进行高温烧结。因此，国际上DBC基板的覆铜厚度最大只能做到0.3mm.。因此，为了达到芯片理想的散热效果，设计者必须留有足够的DBC板的设计余量来保障功率芯片的散热效果，而这个设计余量的获取是靠增加几倍DBC基板面积——既用牺牲产品的体积和增加高昂产品成本(因DBC基板价格昂贵)的代价来实现。同时，伴随着DBC基板面积的增加，在进行高温回流焊时，DBC基板的底面极易产生气垫，进而增大了热阻，降低了DBC基板热传导效应。因此一味单纯靠加大DBC基板面积来达到散热效果并不理想。其实，理论计算出的DBC基板的面积在芯片正常工作范围内可完全满足芯片的散热，而造成功率芯片损害的主要因素是浪涌电压和电流产生的瞬态高热——既通常人们所说的热击穿造成的。
按大众公司标准的点火模块，14V正常工作时，电流输出不小于9.3A，此时达林顿芯片功率应为130W，同时，大众公司考虑电路系统失常因素，又增加了20V工作时，电流输出不小于9.5A的条件。在这种情况下，达林顿芯片功率应为190W。据此计算，公司技术人员选用了功率为156W芯片(因选用功率为190W芯片，价位要高出功率为156W芯片的3倍以上)，DBC基板面积选择了0.7×1mm、覆铜厚度为0.2mm的DBC基板(覆铜厚度为0.3mm DBC基板在价位上要高出同等面积0.2mm的DBC基板1/4以上)。做出上述选择的依据是：
这种芯片和DBC基板参数范围可完全满足产品的正常工作要求。关键的问题是如何解决20V浪涌电压产生的瞬态高热给功率芯片可能造成的热击穿，既如何解决在此情况下的功率芯片的合理散热问题。对此设计者首先考虑用增加DBC基板面积来加以解决：方法是将DBC基板的面积由原来的0.7×1mm、覆铜厚度为0.2mm的DBC基板扩大到0.7×2.6mm、覆铜厚度为0.2mm的DBC基板。采用此方案不单纯是每只产品产品增加了8元多钱成本(该产品需要两片DBC基板)，最关键的问题是：在实际使用中，由于DBC基板面积过大，导致DBC基板在高温回流焊时焊接面产生大面积气垫，由此增加了DBC基板的热阻，原本希望利用加大DBC基板面积来吸收浪涌电压产生的过热效果并未显现出来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是公开一种散热效果好的铜膜加厚的覆铜陶瓷基板的制备方法。
本发明解决技术问题的思路是在理论计算DBC基板的范围值内且在不破坏DBC基板原有性能的基础上，增加DBC基板的覆铜厚度，进而增加DBC基板的热容量，使浪涌电压和电流产生的多余热量瞬间被吸收，即可完全避免功率芯片的热击穿。
本发明的解决问题的技术方案是在不改变DBC基板原有性能的基础上，利用高温烧结工艺，达到覆铜层加厚，从而提高DBC基板的热容量。
具体制备方法如下：
1、取与DBC基板覆铜层同等面积的铜片进行镀镍处理，铜片厚度为0.8-2.0毫米；
2、将现有DBC基板的覆铜层涂高温锡膏，将铜片放置在DBC基板涂有高温锡膏的覆铜层上，选用的高温锡膏的熔点为：330～340℃；
3、将覆有铜片的DBC基板置于高温回流炉中，经过高温回流焊接，制成铜膜加厚的覆铜陶瓷基板，其中高温回流炉的设置温度为450±10℃，实际器件中心点温度为：380℃±10℃。
镀镍的目的是避免高温烧结时铜片的氧化，镍层的厚度为1～1.2微米时效果理想。
为了达到铜片更牢固地覆在DBC基板上，回流焊接的步骤为，预热、焊接和逐渐冷却，其中预热温度为200℃±10℃，时间为8-10分钟，焊接时间为2-3分钟，逐渐冷却温度为200℃±10℃，时间为8-10分钟。
测试结果如下：
1、对镀镍0.8mm厚的1平方厘米铜片通过高温烧结工艺烧结到覆铜0.2mm的1平方厘米的DBC基板上，其热容量可提高到原DBC基板的2.5倍，而增加的成本仅相当使用同等散热效果DBC基板的二十分之一。
2、对镀镍2.0mm厚的1平方厘米铜片通过高温烧结工艺烧结到覆铜0.2mm的1平方厘米的DBC基板上，其热容量可提高到原DBC基板的8倍，而增加的成本仅相当使用同等散热效果DBC基板的十分之一。
本发明方法实施简单易行，不破坏DBC基板任何原有性能，能有效缩小产品体积，且大幅度降低产品成本。
具体实施方式：
例1、将现有DBC基板的覆铜层进行涂锡膏处理，取与DBC基板覆铜层面积相等的铜片，铜片厚度为0.8mm，在铜片上镀镍，镍层的厚度为1微米，再将铜片放置在DBC基板上，铜片与DBC基板的覆铜层重合并接触，将覆铜片的DBC基板置于高温回流炉中，经过高温回流焊接，制成铜膜加厚的覆铜陶瓷基板，其中高温回流炉的设置温度为450℃；实际器件中心点温度为：380℃。
例2、将现有DBC基板的覆铜层进行涂锡膏处理，取与DBC基板覆铜层面积相等的铜片，铜片厚度为2.0mm，在铜片上镀镍，镍层的厚度为1.2微米，再将铜片放置在DBC基板上，铜片与DBC基板的覆铜层重合并接触，将覆铜片的DBC基板置于高温回流炉中，经过高温回流焊接，制成铜膜加厚的覆铜陶瓷基板，其中预热温度为200℃，时间为9分钟，焊接时间为3分钟，温度为390℃，逐渐冷却温度为200℃，时间为9分钟。
Claims (2)
1、一种铜膜加厚的覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，由以下步骤完成：
(1)、取与覆铜陶瓷基板覆铜层同等面积的铜片进行镀镍处理，铜片厚度为0.8-2.0毫米；
(2)、将现有覆铜陶瓷基板的覆铜层涂高温锡膏，将铜片放置在覆铜陶瓷基板涂有高温锡膏的覆铜层上，选用的高温锡膏的熔点为：330～340℃；
(3)、将覆有铜片的覆铜陶瓷基板置于高温回流炉中，经过高温回流焊接，制成铜膜加厚的覆铜陶瓷基板，其中高温回流炉的设置温度为450±10℃，实际器件中心点温度为：380℃±10℃。
2、根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：铜片镍层的厚度为1～1.2微米。
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