CN104113979B - 铝基线路板及其制备方法和全封装电子元件 - Google Patents

Abstract

一种铝基线路板及其制备方法和全封装电子元件，铝基线路板用于制备全封装电子元件，包括依次层叠结合的第一导热绝缘层、第一阳极氧化铝层、纯铝层、第二阳极氧化铝层、第二导热绝缘层和线路层，所述第一导热绝缘层具有粗糙的外表面。第一导热绝缘层是由化学药水蚀刻电解铜箔而得来，使得第一导热绝缘层外表面具有一定的粗糙度，从而显著提高了该铝基线路板与电子元件的封装层之间的结合强度，从而使得上述含有该铝基线路板的全封装电子元件结构稳定，不会分层，不会开裂，并且该高的结合强度力还显著提高了全封装电子元件的散热性能，使全封装电子元件的综合可靠性提升。

Description

铝基线路板及其制备方法和全封装电子元件

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，尤其涉及一种用于制备全封装电子元件的铝基线路板及其制备方法和全封装电子元件。

背景技术

智能功率模块（IPM）发热较大，因此需要良好的散热设计以解决可靠性问题，行业上常见的做法是在封装体上设置散热片并将散热片外露，属于半包封结构。目前，金属基线路板作为功率器件绝缘散热组件而广为应用，这些线路板板一般由金属基板、绝缘层、铜箔三层结构组成，其中以价廉、质轻的铝基板居多。

传统的半包封功率模块集成度不高，因此需要增加外围电路元件，导致产品体积较大，不利于产品的小型化；将外围电路集成在器件内部，而使器件小型化是一种趋势，然而高集成后的半包封产品可靠性低，因此有将器件做成全包封结构（即全封装电子元件），但封装在模块内部的铝基线路板容易在潮湿的环境下受到来自塑封料中离子的腐蚀，使线路板和塑封料之间分层，同样可靠性低。

对于解决铝基板腐蚀问题，线路板行业通常将铝基板氧化处理后使用，但处理后的铝基板与塑封料之间仍存在结合强度差的问题。目前，行业上有对铝基板粗化的做法，如拉丝、喷砂。但对于带氧化铝层的铝基板，这些方法并不适用。拉丝破坏了氧化层结构，影响了防腐蚀效果；而喷砂不易粗化硬度较高的氧化铝层。

发明内容

基于此，有必要针对传统铝基板的氧化铝层粗化困难，铝基板与塑封料之间结合强度差的问题，提供一种用于制备全封装电子元件的铝基线路板。

一种铝基线路板，用于制备全封装电子元件，包括依次层叠结合的第一导热绝缘层、第一阳极氧化铝层、纯铝层、第二阳极氧化铝层、第二导热绝缘层和线路层，所述第一导热绝缘层具有粗糙的外表面。

上述用于制备全封装电子元件的铝基线路板的第一导热绝缘层是由化学药水蚀刻电解铜箔而得来，使得第一导热绝缘层外表面具有一定的粗糙度，从而显著提高了该铝基线路板与电子元件的封装层之间的结合强度，从而使得上述含有该铝基线路板的全封装电子元件结构稳定，不会分层，不会开裂，并且该高的结合强度力还显著提高了全封装电子元件的散热性能，使全封装电子元件的综合可靠性提升。

另外，还提供了一种铝基线路板制备方法，包括：

将带有第一阳极氧化铝层和第二阳极氧化铝层的纯铝层与带有第一导热绝缘层的第一电解铜箔和带有第二导热绝缘层的第二电解铜箔层叠结合，制备成双面覆铜箔铝基板；

将所述双面覆铜箔铝基板在化学药水中浸泡，蚀刻所述第二电解铜箔成为预设图案的线路层，蚀刻所述第一电解铜箔使第一导热绝缘层的外表面具有一定的粗糙度。

此外，还提供了一种全封装电子元件，包括铝基线路板和对该铝基线路板进行全包封的封装层，所述铝基线路板为上述的铝基线路板，或者由上述的铝基线路板制备方法制备获得的铝基线路板。

上述铝基线路板的制备方法采用化学药水蚀刻掉第一、二电解铜箔，不仅能有效保护第一阳极氧化铝层不被蚀刻掉，且能使得第一导热绝缘层具有一定的粗糙度，有效克服现有氧化铝层刻蚀方法中存在的粗化困难或易被腐蚀破坏的技术问题。另外，采用化学药水蚀刻掉第一、二电解铜箔，一次性形成线路层和粗糙的第一导热绝缘层，无需再经过粗化处理，工序简化，生产效率高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的铝基线路板结构示意图；

图2是本发明实施例提供的全封装电子元件结构示意图；

图3是铝基线路板的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实例提供了一种用于制备全封装电子元件的，且与塑封料间结合力（强度）高，能有效解决腐蚀问题的铝基线路板1。该铝基线路板1的结构如图1、2所示，该铝基线路板1包括依次层叠结合的第一导热绝缘层11、第一阳极氧化铝层12、纯铝层13、第二阳极氧化铝层14、第二导热绝缘层15和线路层16。

其中，图1、2中的第一导热绝缘层11的外表面（与第一阳极氧化铝层12相对、与封装层2结合的表面）具有一定的粗糙度，能显著提高该第一导热绝缘层11与图2中的封装层2之间的结合力，从而保证了第一导热绝缘层11与封装层2之间不分层，不开裂，也即是提高了铝基线路板1与图2中的封装层2之间的结合力，使得图2所述的全封装电子元件的可靠性高。

另外，在优选的实施例中，第二导热绝缘层15设置有线路层16的外表面也设置为粗糙。即第二导热绝缘层15上的蚀刻有线路层16外的位置也被蚀刻成粗糙。进一步地，第一导热绝缘层11和第二导热绝缘层15粗糙的外表面是由铜箔蚀刻形成，该铜箔可以是电解铜箔。

图1、2中的第二阳极氧化铝层14能使得纯铝层13与线路层16之间绝缘，特别是焊接在线路层16上的电子元件17与纯铝层13之间的绝缘。为了使得纯铝层13与线路层16之间绝缘特别是电子元件17与纯铝层13之间的绝缘效果 更好，在优选实施例中，该第二阳极氧化铝层14的厚度为1～10μm，更优选地，可以为10μm。该优选厚度的第二阳极氧化铝层14能够使得电子元件17与纯铝层13绝缘耐电压高达300伏。而第一阳极氧化铝层12可以与第二阳极氧化铝层14的厚度相同，或不相同。

图1、2中的第二导热绝缘层15的导热系数优于封装层2的材料的导热系数，能使得第一阳极氧化铝层12与封装层2之间的散热性更优。

图1、2中的纯铝层13、第二导热绝缘层15、线路层16均可以是本领域常规的结构，在本发明实施例中没有特别的要求。焊接在线路层16上的电子元件17可以根据实际的应用或者根据图2中的全封装电子元件类型进行选用。

由上述可知，上述用于制备全封装电子元件的铝基线路板1的第一导热绝缘层11是由化学药水完全蚀刻掉电解铜箔而得来，使得第一导热绝缘层11的外表面具有一定的粗糙度，从而显著提高了该铝基线路板1与全封装电子元件的封装层之间的结合力，结合后两者不分层，不开裂，使得全封装电子元件的可靠性更高。

相应地。本发明还提供了一种工序简单、生产效率高的用于制备全封装电子元件的铝基线路板制备方法。该方法可以用来制备上文如图1所示的铝基线路板1，该方法的工艺如图3所示，同时请参照图2，其包括如下步骤：

步骤S101.将带有第一阳极氧化铝层12和第二阳极氧化铝层14的纯铝层13与带有第一导热绝缘层11的第一电解铜箔和带有第二导热绝缘层15的第二电解铜箔层叠结合，制备成双面覆铜箔铝基板；

步骤S102.将所述双面覆铜箔铝基板在化学药水中浸泡，蚀刻与第二导热绝缘层15相结合的第二电解铜箔成为预设图案的线路层16，蚀刻与第一导热绝缘层11相结合的第一电解铜箔使第一导热绝缘层11的外表面具有一定的粗糙度。

其中，与第一导热绝缘层11相结合的第一电解铜箔是被完全被蚀刻掉，从而形成具有一定粗糙界面的第一导热绝缘层11；线路层16上焊接有相应的电 子元件17，得到铝基线路板1。

进一步地，纯铝层13与所述第一电解铜箔和第二电解铜箔是在热压机器内热压结合的。另外，第一导热绝缘层11的导热系数大于封装层2的材料的导热系数。

具体地，上述步骤S101中的第一阳极氧化铝层12、纯铝层13、第二阳极氧化铝层14、第一导热绝缘层11、第二导热绝缘层15等各部件均如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S102中，采用化学药水腐蚀双面覆铜箔铝基板，与第二导热绝缘层15相结合的第二电解铜箔被按照一定的图案蚀刻成线路层16，与第一导热绝缘层11相结合的第一电解铜箔完全被蚀刻掉，成为上文所述的第一导热绝缘层11。

进一步地，还包括，将第二电解铜箔蚀刻成线路层16外的部分蚀刻掉，使第二导热绝缘层15的外表面也为粗糙。

上述铝基线路板制备方法采用化学药水蚀刻掉第一、二电解铜箔，不仅能有效保护第一阳极氧化铝层12、第二阳极氧化铝层14不被蚀刻掉，且能使得第一导热绝缘层11、第二导热绝缘层15具有一定的粗糙度，有效克服现有氧化铝层刻蚀方法中存在的粗化困难或易被腐蚀破坏的技术问题。另外，采用化学药水蚀刻掉电解铜箔，一次性形成线路层16和粗糙的第一导热绝缘层11，无需再经过粗化处理，工序简化，生产效率高。

进一步地，本发明还提供了一种可靠性高的全封装电子元件实施例，该全封装电子元件的结构如图2所示。在图2中，该全封装电子元件包括铝基线路板1和对铝基线路板1进行全包封的封装层2。

具体地，该图2所示的全封装电子元件中的铝基线路板1为如上文所述和图1所示的铝基线路板1或者如上文所述和图3所示铝基线路板制备方法制备而成的铝基线路板1。因此，为了节约篇幅，在此不再对铝基线路板1的具体结构进行赘述，可以直接参见上文。

该图2所示的全封装电子元件中的封装层2材料优选为环氧塑封料。当然，也可以根据实际生产的需要，选用本领域其他塑封料对铝基线路板1进行全包封。另外，封装层2的厚度也可以根据实际生产的需要进行灵活调整与设置。

图2所示的全封装电子元件可以按照如下方法制备，全封装电子元件制备方法如下的工艺示意图：

步骤一.制备铝基线路板1；

步骤二.采用包封料封装铝基线路板1：采用包封料对“步骤一”制备的铝基线路板1进行封装。

具体地，上述“步骤一”中铝基线路板1的制备方法如上文铝基线路板制备方法和图3所示工艺制备获得即可。

上述“步骤二”中的封装层2的包封料如上文所述，优选为环氧塑封料。当然，也可以根据实际生产的需要，选用本领域其他塑封料。

该“步骤二”中对铝基线路板1进行全包封的方法可以按照本领域常规的包封或封装方法进行即可。

该全封装电子元件由于选用上文所述的铝基线路板1作为铝基线路板，因此，该铝基线路板1与封装层2之间的结合力强，结合后两者不分层，不开裂，正是两者优异的结合力使全封装电子元件的散热性能更优，另外，第一导热绝缘层11的导热系数优于封装层2的导热系数，使得全封装电子元件的散热进一步加强；同时，铝基线路板1的第一阳极氧化铝层12保持完整，没有被腐蚀和破坏，因此，铝基线路板1耐腐蚀性强。正是具有铝基线路板1与封装层2之间的结合力强，散热性能更优，铝基线路板1耐腐蚀性强，使得全封装电子元件的综合可靠性相对现有的得以显著提升。

以下通过多个实施例来举例进一步说明上述铝基线路板及其制备方法、全封装电子元件的相关性能等方面。

实施例1：

一种用于全封装电子元件的铝基线路板1、用于全封装电子元件和用于全 封装电子元件的制备方法。

该铝基线路板1的结构如图1所示，其包括依次层叠结合的依次层叠结合的第一导热绝缘层11、第一阳极氧化铝层12、纯铝层13、第二阳极氧化铝层14、第二导热绝缘层15和线路层16以及焊接在线路层16上的电子元件17。其中，第一导热绝缘层11的厚度为75μm，见下文表1中实施例1。

该全封装电子元件如图2所示，其结构为包括铝基线路板1和对铝基线路板进行全包封的封装层2。

上述铝基线路板1和全封装电子元件制备方法如下：

（1）、将带有第一阳极氧化铝层12和第二阳极氧化铝层14的纯铝层13与带有第一导热绝缘层11的（第一）电解铜箔和带有第二导热绝缘层15的（第二）电解铜箔，在热压机器内热压结合，制备成双面覆铜箔铝基板；

（2）、将双面覆铜箔铝基板在化学药水中浸泡，与第二导热绝缘层12相结合的（第二）电解铜箔被按照一定的图案蚀刻成线路层16，与第一导热绝缘层11相结合的（第一）电解铜箔完全被蚀刻掉，形成具有一定粗糙界面的第一导热绝缘层；

（3）、线路层16上焊接有相应的电子元件17，然后用塑封料进行封装。

实施例2：

一种用于全封装电子元件的铝基线路板1、用于全封装电子元件和用于全封装电子元件的制备方法。

该铝基线路板1和全封装电子元件结构如同实施例1中的铝基线路板和全封装电子元件。不同在于第一导热绝缘层11的厚度为100μm，见下文表1中实施例2。

上述铝基线路板1和全封装电子元件制备方法参照实施例1。

实施例3：

一种用于全封装电子元件的铝基线路板1、用于全封装电子元件和用于全封装电子元件的制备方法。

该铝基线路板1和全封装电子元件结构如同实施例1中的铝基线路板1和全封装电子元件。不同在于第一导热绝缘层11的厚度为125μm，见下文表1中实施例3。

上述铝基线路板1和全封装电子元件制备方法参照实施例1。

对比例1：

不贴合第一导热绝缘层，制备铝基线路板半成品，然后直接铝基线路板半成品不经过任何处理直接用塑封料进行封装。

对比例2：

不贴合第一导热绝缘层，制备铝基线路板半成品，然后对铝基线路板半成品的第一阳极氧化铝层做拉丝处理，然后用塑封料进行封装。

对比例3：

不贴合第一导热绝缘层，制备铝基线路板半成品，然后对铝基线路板半成品的第一阳极氧化铝层做喷砂处理，然后用塑封料进行封装。

性能测试：

将上述实施例1-3和对比例1-3制备的铝基线路板的第一阳极氧化铝层外观、厚度、粗糙情况进行观察和测定，同时对上述实施例1-3和对比例1-3制备全封装电子元件进行落锤测试，各项性能测试结果见表1：

表1：

从上表1的实施例1-3可以看出，增加第一导热绝缘层后，第一导热绝缘层因蚀刻电解铜箔后形成的粗糙结构，能够满足封装后全封装电子元件产品塑封料与铝基线路板的结合力要求，同时保证了铝基线路板的阳极氧化层不被破坏，降低了铝基线路板纯铝层部分受到导热绝缘层腐蚀的风险。对比实施例则不满足要求，对比实施例1，未经过任何处理的阳极氧化层分层严重；对比实施例2，拉丝则完全破坏了氧化层，难以满足封装的可靠性要求；对比实施例3，喷砂对结合力提升没有明显效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝基线路板，用于制备全封装电子元件，其特征在于：包括依次层叠结合的第一导热绝缘层、第一阳极氧化铝层、纯铝层、第二阳极氧化铝层、第二导热绝缘层和线路层，所述第一导热绝缘层具有粗糙的外表面，所述第一导热绝缘层是由化学药水蚀刻第一电解铜箔而得来，使得所述第一导热绝缘层外表面具有一定的粗糙度。

2.根据权利要求1所述的铝基线路板，其特征在于，所述第一阳极氧化铝层与所述第一导热绝缘层热压结合，所述第二导热绝缘层与第二阳极氧化铝层外热压结合。

3.根据权利要求1所述的铝基线路板，其特征在于，所述第二导热绝缘层设置有所述线路层的外表面为粗糙。

4.根据权利要求1或3所述的铝基线路板，其特征在于，所述第二导热绝缘层粗糙的外表面是由铜箔蚀刻形成。

5.根据权利要求1所述的铝基线路板，其特征在于，所述第一阳极氧化铝层和所述第二阳极氧化铝层的厚度为1～10μm。

6.根据权利要求1或5所述的铝基线路板，其特征在于，所述第一阳极氧化铝层和所述第二阳极氧化铝层的厚度为10μm。

7.一种铝基线路板制备方法，其特征在于，包括：

将带有第一阳极氧化铝层和第二阳极氧化铝层的纯铝层与带有第一导热绝缘层的第一电解铜箔和带有第二导热绝缘层的第二电解铜箔层叠结合，制备成双面覆铜箔铝基板；

将所述双面覆铜箔铝基板在化学药水中浸泡，蚀刻所述第二电解铜箔成为预设图案的线路层，蚀刻所述第一电解铜箔使第一导热绝缘层的外表面具有一定的粗糙度。

8.根据权利要求7所述的铝基线路板制备方法，其特征在于，所述纯铝层与所述第一电解铜箔和第二电解铜箔是在热压机器内热压结合的。

9.根据权利要求7或8所述的铝基线路板制备方法，其特征在于，所述第一导热绝缘层的导热系数大于封装材料的导热系数。

10.一种全封装电子元件，包括铝基线路板和对该铝基线路板进行全包封的封装层，其特征在于：所述铝基线路板为如权利要求1～6任一项所述的铝基线路板，或者由如权利要求7～9任一项所述的铝基线路板制备方法制备获得的铝基线路板。