CN102315179A - 覆金属陶瓷基板其及制作方法 - Google Patents

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王晓宝
姚天宝
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Macmic Science and Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种覆金属陶瓷基板的制备方法，按以下步骤进行，(1)、将陶瓷基板两面清洗干净，(2)将金属层直接熔接在陶瓷基板的上下两面，或将金属层钎焊接在陶瓷基板的上下两面，金属层的外周面与陶瓷基板的外周面具有间距d，(3)沿两金属层的外周边刷上光刻胶，经光照、腐蚀在两金属层的外周形成至少一个减薄环形的台阶面，清洗后制得覆金属陶瓷基板。本发明通过光刻减薄覆金属陶瓷基板上金属层边缘的厚度，使该台阶面能不断地释放出两连接的热应力，不仅制作方便，也有效地降低了陶瓷基板与金属层之间的循环热应力，而大幅度减小陶瓷基层在与金属层结合的边缘处变形量，能大幅提高金属陶瓷基板温度循环可靠性和使用寿命。

Description

覆金属陶瓷基板其及制作方法
技术领域
本发明涉及一种覆金属陶瓷基板其及制作方法，属于半导体技术领域。
技术背景
覆金属陶瓷基板的主要应用于功率电子器件行业，在一个功率模块里有数个功率半导体芯片，如MOSFET或IGBT芯片以及二极管芯片被集成并被焊接于或被粘贴于覆金属陶瓷基板的金属化表面上，而陶瓷基板的作用是在保证良好导热性能的同时还提供了相对于模块底板的电气绝缘。通常功率电子器件需要在-40℃至125℃的温度循环环境下进行工作，由于陶瓷基板与金属层的热膨胀系数不能匹配，在温度循环条件下会在陶瓷基板与金属层之间产生循环热应力，尤其两界面处的热应力最大，因此陶瓷基板与金属层的结合边缘处会出现开裂现象，从而会造成覆金属陶瓷基板中的陶瓷基板开裂，最终引起覆金属陶瓷基板的失效。目前常用的氧化铝陶瓷覆铜基板为例，其寿命大约为300-500个温度循环次数。导致未处理过的氧化铝覆铜基板封装的功率电子器件不能用于对寿命要求较高的场合，如汽车电子，太阳能、风能发电等领域中的大功率逆变器。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作工艺简单，有能效地减少陶瓷层和金属层之间存在的热循环应力，提高使用寿命的覆金属陶瓷基板的金属陶瓷基板其及制作方法。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种覆金属陶瓷基板的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行，
(1)、将陶瓷基板两面清洗干净，
(2)、将金属层直接熔接在陶瓷基板的上下两面，或将金属层钎焊接在陶瓷基板的上下两面，且金属层的外周面与陶瓷基板的外周面具有间距d，
(3)、沿两金属层的外周边刷上光刻胶，经光照、腐蚀在两金属层的外周形成至少一个减薄环形的台阶面，清洗后制得覆金属陶瓷基板，
其中：所述金属层的厚度H2在0.2～5mm，金属层的外周面与陶瓷基板的外周面之间的间距d是陶瓷基板H1厚度的1～5倍，金属层的台阶面的台阶厚度h是金属层厚度H2的1/10-1/2、宽度B为金属层厚度H2的1～5倍。
本发明在金属陶瓷基板的两金属层的外周边刷上光刻胶，经光照、腐蚀在两金属层的外周形成至少一个减薄环形的台阶面，通过减薄覆金属陶瓷基板上金属层边缘的厚度，使该台阶面能不断地释放出两连接边缘处的热应力，在承受温度循环加载条件下，能有效地降低陶瓷基板与金属层之间的循环热应力，而大幅度减小陶瓷基层在与金属层结合的边缘处变形量，解决了因陶瓷基层与金属层结合的边缘处出现的开裂使陶瓷基板开裂的问题，故能大幅提高金属陶瓷基板温度循环可靠性和使用寿命，以常用的氧化铝陶瓷覆铜基板为例，其寿命约为600-800个温度循环，使本发明的金属陶瓷基板能应用于大功率器件中。本发明采用光刻法在金属陶瓷基板的两金属层的外周部位形成减薄环形的台阶面，不仅制作工艺简单，由于减薄环形的台阶面不会产生自身材料和结构上的加工应力，可解决金属层采用机加工而产生的自身材料应力集中的问题，故能通过金属层上的台阶面较好的释放热应力，使金属层外边缘与陶瓷基板之间的应力能达到一个相对稳定的平衡状态，覆金属陶瓷基板能满足功率电子器件的使用要求。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明金属陶瓷基板的结构示意图。
图2是图1的A-A的剖视结构示意图。
图3是本发明的另一种结构示意图。
其中：1-陶瓷基板，2-金属层，3-台阶面。
具体实施方式
本发明的覆金属陶瓷基板的制备方法，按以下步骤进行，
(1)、将陶瓷基板1两面清洗干净，该陶瓷基板1可采用氧化铝(Al203)、氮化铝(AlN)、氧化铋(Bi02)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)的其中之一，
(2)、将金属层2直接熔接在陶瓷基板1的上下两面，如直接铜熔接在陶瓷基板1的上下两面，或将金属层2钎焊接在陶瓷基板1的上下两面，如采用主动金属钎焊将金属层钎焊接在陶瓷基板1的上下两面，其金属层2为铜层或铝层或铜铝复合层，本发明在金属层2的外周面与陶瓷基板1的外周面具有间距d，
(3)、沿两金属层2的外周边刷上光刻胶，经光照、腐蚀在两金属层2的外周形成至少一个减薄环形的台阶面3，清洗后制得覆金属陶瓷基板1，本发明可采用丝网印刷在金属层2的外周印刷一层光刻胶，用紫外线照射对光刻胶进行腐蚀，而对于没有刷上光刻胶的金属层区域在紫外线照射不被腐蚀，保证该区域金属层不被腐蚀，仅对该减薄区域进行腐蚀而形成台阶面3，紫外线照射时间可控制在1～75min，如金属层腐蚀厚度0.1mm，其光照时间可以控制2～5min，可采用一次或多次光刻，在金属层2上形成一个或两个或三个减薄环形的台阶面。
见图1～2所示，本发明金属层2的厚度H2在0.2～5mm，金属层2的外周面与陶瓷基板1的外周面之间的间距d是陶瓷基板H1厚度的1～5倍，该陶瓷基板的厚度通常在H10.2～5mm，如间距d可在0.2mm、0.4mm、1mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、20mm、22mm、25mm等，最好间距d是陶瓷基板H1厚度的2～3倍，金属层2的台阶面3的台阶厚度h是金属层厚度H2的1/10-1/2、宽度B为金属层厚度H2的1～5倍，如台阶面3的台阶厚度h为0.02mm、0.1mm、0.4mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm等，最好台阶厚度h是金属层厚度H2的1/5-1/3，该台阶面3的宽度B为0.2mm、0.4mm、1mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、20mm、22mm、25mm等，最好台阶面3的宽度B为金属层厚度H2的2～3倍。见图3所示，本发明金属层2外周的台阶面3为两个或三个台阶面，各台阶面3上的台阶厚度h相同，或各台阶面3上的台阶厚度h从金属层2的外部至陶瓷基板1一侧依次递减，通过各台阶面3更好地并及时将金属层边缘与陶瓷基层之间的热应力释放。
见图1～3所示，本发明的覆金属陶瓷基板，包括陶瓷基板1和覆在陶瓷基板1上下两面的金属层2，金属层2的外周面与陶瓷基板1的外周面具有间距d，该间距d为陶瓷基板厚度H1的1～5倍，金属层2的外周面至少包括一个减薄环形的台阶面3，可根据金属层2的厚度，在金属层2的外周形成一个或两个或三个的台阶面3，且金属层2的台阶面3的台阶厚度h是金属层厚度H2的1/10-1/2、宽度B为金属层厚度H2的1～5倍。
当芯片粘接在覆金属陶瓷基板的其中一个金属层2上，覆金属陶瓷基板的另一个金属层2则与散热板或散热器连接，以形良好的热传导，使功率电子器件在工作时的热量从芯片传递至金属层2、陶瓷基板1及另一个金属层2，最终将热量传导至底部的热扩散板或者散热器上。

Claims (4)

1.一种覆金属陶瓷基板的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行，
(1)、将陶瓷基板(1)两面清洗干净，
(2)、将金属层(2)直接熔接在陶瓷基板(1)的上下两面，或将金属层钎焊接在陶瓷基板(1)的上下两面，且金属层(2)的外周面与陶瓷基板(1)的外周面具有间距d，
(3)、沿两金属层(2)的外周边刷上光刻胶，经光照、腐蚀在两金属层(2)的外周形成至少一个减薄环形的台阶面(3)，清洗后制得覆金属陶瓷基板，
其中：所述金属层(2)的厚度H2在0.2～5mm，金属层(2)的外周面与陶瓷基板(1)的外周面之间的间距d是陶瓷基板H1厚度的1～5倍，金属层(2)上的台阶面(3)的台阶厚度h是金属层厚度H2的1/10-1/2、宽度B为金属层厚度H2的1～5倍。
2.根据权利要求1所述的覆金属陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述金属层(2)外周的台阶面(3)为两个或三个台阶面，各台阶面(3)上的台阶厚度h相同，或各台阶面(3)上的台阶厚度h从金属层(2)的外部至陶瓷基板(1)一侧依次递减。
3.根据权利要求1所述的覆金属陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述金属层(2)上的台阶面(3)的台阶厚度h是金属层厚度H2的1/5-1/3、宽度B为金属层厚度H2的2～3倍。
4.一种如覆金属陶瓷基板的制备方法制得的覆金属陶瓷基板。
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