CN106550534A - 多层陶瓷印制电路板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种多层陶瓷印制电路板包括至少两块相互覆合的陶瓷基PCB板；陶瓷基PCB板包括用于导热和/或散热以及电绝缘的陶瓷基底层、用于印制电子线路和/或布设导热金属面的中间层和具有共晶熔融特性的共晶材料组成的覆合层；各陶瓷基PCB板相向地两两贴合加热，借助其上的覆合层共晶熔融焊接成多层陶瓷印制电路板。印制电子线路和/或布设导热金属面上的覆合层通过共晶熔融覆合实现层间的机械和电联接，相较于已知结构和工艺，大大提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；陶瓷基底层具有很好的导热性能和绝缘强度，使得本发明的多层陶瓷印制电路板具有很好的导热性能适合高功率和高热流密度的应用场合。

Description

多层陶瓷印制电路板及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体电路封装和应用领域，尤其涉及电力电子技术的高功率密度半导体电路装置使用的多层陶瓷印制电路板及其制造方法，特别是涉及耐高温、适用于高导热要求、高电压和高功率密度应用的多层陶瓷印制电路板及其制造方法。
背景技术
现有技术最常见的是合成树脂材质的印制电路载板，如FR-4环氧玻璃布层压板，其中FR-4是一种阻燃材料等级的代号，所代表的意思是，该种树脂材料经历燃烧状态后能够自行熄灭。虽然可以把FR-4中的FR理解为FRP，即fibre reinforced plastics “纤维增强塑料”的缩略写法，但它不是材料名称，而是一种材料等级，因此目前一般电路板所用的FR-4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以环氧树脂加上填充剂以及玻璃纤维布所做出来的复合材料。环氧玻璃布层压板在高温下机械强度高，高湿度下电性能稳定，但是在一些大电流、高电压、大功率半导体电路装置的应用中，其稳定性、绝缘强度、热膨胀系数和导热特性仍然不敌陶瓷基电路载板。尤其是在现今的半导体电路应用中，由于集成度提高，带来高功率密度、高热流密度的需求，对普通的封装基板和应用基板来说，承受高功率密度、高热流密度是极大的挑战，难以胜任。且载板材料和硅的热膨胀差值难以搭配。多层印制电路板在制作时，各单层的印制电路板之间的联接通常是通过树脂材料粘合实现机械联接，但是这些树脂材料不具备电力电子技术要求的全部物理特征，同时导热系数也偏低，在高功率密度的应用场合并不适用。
现有技术采用陶瓷载板的印制电路板，其基底陶瓷材料的物理化学稳定性，具有高耐热性、高绝缘强度和低热膨胀系数，尤其是氧化铝陶瓷基电路载板在电绝缘部分采用了与硅元素材料热膨胀系数相当接近的氧化铝陶瓷，使得在进行通孔时，可以实现更高配线密度的目标，因此陶瓷基板的出现克服了合成树脂印制电路基板难以克服的缺点。
现有技术多层陶瓷印制电路板的制作，通常采用陶瓷坯料烧制法，首先将原材料的陶瓷粉、合成树脂、有机溶剂等等，利用球状粉碎器混合调制，直到混合液体形成牛奶状的陶瓷材料；接下来进行薄片成形，让陶瓷材料成型为绿带，导线则是利用金属钨W的粉末与有机载体混合之浆剂印制在绿带上，做成配线；利用了陶瓷绿带的易加工性，可以在绿带内的任意位置穿孔，透过在孔内部埋入导电体，实现多层板的层间导通；接着经过共烧、镀镍、针的硬焊、镀金等一连串的步骤完成；最后再把积层中的导体和陶瓷同步进行烧结的动作，而完成陶瓷基电子电路板的制作流程。在整个制程中，最重要的步骤是绿带的成型，以及同步烧结的技术；在多片陶瓷坯料上及通孔内设置高熔点金属如钼Mu和钨W制作导体金属图形，与高导电金属铜Cu烧结在一起而成为多层陶瓷电路板。所述多层陶瓷电路板的烧结工艺复杂，难以大批量生产应用，且工艺精度差，无法做精细电路；高熔点金属与铜的结合力差，留有可靠性隐患，且导热系数低。
名词解释：
共晶：是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶是在低于任一种组成物熔点的温度下所有成分的融合。共晶材料直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段，是一个液态同时生成两个固态的平衡反应。其熔化温度称共晶温度。共晶材料具有特定的凝固点，共晶材料的基本特性是：两种不同的金属或半导体或非金属可在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成共晶融合材料；这是共晶材料与其他非共晶材料最显著的差别。
共晶焊接：共晶焊接又称低熔点合金焊接，是利用共晶原理，使两种不同的金属或半导体或非金属在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成共晶融合状态后冷却形成共融晶体，实现两个焊接面之间的共晶结合。
例如：在微电子器件中最常用的共晶焊是把硅芯片焊到镀金的底座或引线框上去，即“金-硅共晶焊”。如所周知，金的熔点1063℃，而硅的熔点更高，为1414℃。但是如果按照重量比为2.85％的硅和97.15％的金组合，就能形成熔点为363℃的共晶合金体。这就是金硅共晶焊的理论基础。 金-硅共晶焊的焊接过程是指在—定的温度(高于363℃)和一定的压力下，将硅芯片在镀金的底座上轻轻揉动摩擦，擦去界面不稳定的氧化层，使接触表面之间熔化，由两个固相形成—个液相。冷却后，当温度低于金硅共熔点363℃时，由液相形成的晶粒形式互相结合成机械混合物金-硅共融晶体，从而使硅芯片牢固地焊接在底座上，并形成良好的低电阻欧姆接触。
氮化硅：其英文是Silicon nitride ；Si3N4 陶瓷是一种共价键化合物，基本结构单元为[ SiN4 ]四面体，硅原子位于四面体的中心，在其周围有四个氮原子，分别位于四面体的四个顶点，然后以每三个四面体共用一个原子的形式，在三维空间形成连续而又坚固的网格结构。氮化硅的很多性能都归结于此结构。Si3N4 热膨胀系数低、导热率高，故其耐热冲击性极佳。
氮化铝：其英文是Aluminum nitride，缩写为AIN；共价键化合物，属于六方晶系，铅锌矿型的晶体结构，呈白色或灰白色。氮化铝是原子晶格，属类金刚石氮化物，最高可稳定到2200℃。室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢、导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强，氮化铝还是电绝缘体，介电性能良好，是陶瓷电路载板的优选材料之一。
三氧化二铝：也就是氧化铝，化学符号：，纯净氧化铝是白色无定形粉末，俗称矾土，密度3.9-4.0g/cm3，熔点2050℃、沸点2980℃，不溶于水，为两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。 在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高。α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基。
导热系数：表征材料导热能力大小的物理量，单位是W/m·K，中文念作瓦每米每开。其数值是物体中单位温度降度，即1米厚的材料两侧温度相差1开氏温度时，单位时间内通过单位面积所传导的热量。
本申请文件中所指的具备高导热系数，是指导热系数大于等于2W/m·K。
MOS为英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写，中文含义为互补型金属氧化物半导体。
MOSFET为英文Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的缩写，中文含义为金属氧化物半导体场效应晶体管。
IGBT为英文Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写，中文含义为绝缘栅双极型晶体管。
CPU为英文Central Processing Unit的缩写，中文含义为中央处理器。
GPU为英文Graphic Processing Unit的缩写，中文含义为图形处理器。
MPU为英文 Micro Processor Unit 的缩写，中文含义为 微处理器。
IPM为英文Integrated Power Module的缩写，中文含义为集成功率模块。
PCB为英文Printed Circuit Board的缩写，中文含义为印制或印制电路板。
LED为英文Light Emitting Diode的缩写，中文含义为发光二极管。
COB为英文Chip On Board的缩写,中文含义为板上芯片；板上芯片封装是裸芯片贴装技术之一，半导体芯片交接贴装在印制电路板上，芯片与基板的电联接用引线键合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。
COB光源：通过COB封装LED平面光源或集成光源又称COB光源；目前COB光源主要运用在室内外灯具照明中，如室内的射灯、筒灯、天花灯、吸顶灯、日光灯和灯带，室外的路灯、工矿灯、泛光灯及目前城市夜景的洗墙灯、发光字等。
传统的印制电路包括的线路与图面(Pattern)中:线路是做为原件之间导通的工具，在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。在本发明中的陶瓷基PCB板(100)上已经设置有线路与图面(Pattern)。
传统的印制电路中包括的介电层(Dielectric):用来保持线路及各层之间的绝缘性，俗称为基材；在本发明中的基材为陶瓷。
传统的印制电路中包括的孔(Through hole / via)通常为导通孔可使两层次以上的线路彼此导通，较大的导通孔则做为元器件插件用，另外有非导通孔(nPTH)通常用来作为表面贴装定位，组装时固定螺丝用；在本发明涉及的实施例中，部分陶瓷基PCB板上设置有导通孔，部分陶瓷基PCB板可以不设置导通孔，视具体多层陶瓷印制电路板中各陶瓷基PCB板的具体情况而定。
传统的印制电路中包括的防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的铜面都要吃锡上零件，因此非吃锡的区域，会印一层隔绝铜面吃锡的物质(通常为环氧树脂)，避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺，分为绿油、红油、蓝油。本发明中最顶层和最底层的陶瓷基PCB板上也可以设置防焊油墨；但是在多层陶瓷印制电路板中设置的各陶瓷基PCB板之间并不会设置一层用于两个相邻陶瓷基PCB板固定联接并用于层间印制电路绝缘的绝缘层。在本发明中，多层陶瓷印制电路板中的各陶瓷基PCB板之间是通过共晶覆合材料的共晶熔融实现层间的固定联接，参与共晶覆合的覆合层与印制电子线路的中间层之间是可以电联接的。
传统的印制电路还涉及表面处理(Surface Finish):由于铜面在一般环境中，很容易氧化，导致无法上锡(焊锡性不良)，因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡(HASL)，化金(ENIG)，化银(Immersion Silver)，化锡(Immersion Tin)，有机保焊剂(OSP)，方法各有优缺点，统称为表面处理。本发明涉及的多层陶瓷印制电路板的表面可以采用传统表面处理方式处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术多层陶瓷电路板制作工艺复杂、精度差、导热系数低的不足之处而提出一种高导热性的多层陶瓷印制电路板。
本发明为解决所述技术问题采用的技术方案是一种多层陶瓷印制电路板，包括至少两块相互覆合的陶瓷基PCB板；每一块所述陶瓷基PCB板包括陶瓷基底层、中间层和覆合层；所述陶瓷基底层用于导热和/或散热以及电绝缘；将所述陶瓷基底层相互在总体上平行的两表面分别称作基底A面和基底B面，所述中间层设置在所述基底A面上，或所述中间层设置在所述基底B面上；所述中间层用于印制电子线路和/或布设导热金属面；所述中间层包括用于印制电子线路的电子线路印制区和/或用于布设导热金属面的覆铜区，所述覆铜区在中间层大面积覆盖、实现导热和散热；所述覆合层为具有共晶熔融特性的共晶材料层；所述覆合层用于同另一块陶瓷基PCB板的另一所述覆合层共晶覆合并实现热传导或热传导及电连接；所述覆合层包括电子线路印制区覆合层和/或覆铜区覆合层；所述电子线路印制区覆合层均匀布覆于所述电子线路印制区的印制电子线路各线条和各节点上；所述覆铜区覆合层均匀布覆于所述覆铜区的导热金属面上；所述陶瓷基PCB板相向地两两贴合加热，借助其上的所述覆合层完成共晶焊接，从而将各该陶瓷基PCB板熔融覆合联接成为层数至少为两层的多层陶瓷印制电路板。
所述各该陶瓷基PCB板需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形相互呈镜像对称，或至少大部分的印制电子线路和/或导热金属面的图形呈镜像对称；所述各该陶瓷基PCB板需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形不对称时，与该不对称部分印制电子线路和/或导热金属面相向的那面应是空白的陶瓷面，或与该不对称部分印制电子线路和/或导热金属面相向的那面是孤岛状的印制电子线路图形。
所述陶瓷基底层的基底A面和基底B面上均设置有所述中间层时，各该所述中间层上的印制电子线路和/或导热金属面通过所述陶瓷基底层上的金属孔电联接；所述金属孔包括被金属柱状物贯通填充的实心金属孔和或孔壁已被镀覆金属的金属化通孔。
所述多层陶瓷印制电路板包括三层陶瓷印制电路板；所述三层陶瓷印制电路板由中间的陶瓷基PCB板分别与与其两侧面的两块陶瓷基PCB板共晶熔融覆合而成；该中间的陶瓷基PCB板的陶瓷基底层的基底A面上和基底B面上均设置有所述中间层，并且在所述基底A面的中间层上和所述基底B面上的中间层上都布设所述覆合层，以适应同一块所述陶瓷基PCB板的基底A面上和基底B面上分别都再覆合另一块陶瓷基PCB板的情况。
所述多层陶瓷印制电路板包括层数为四层以上的多层陶瓷印制电路板；该多层陶瓷印制电路板中包括至少四块陶瓷基PCB板，各该陶瓷基PCB板之间借助各自的所述覆合层和同其相向的所述覆合层之间的共晶熔融覆合形成多层陶瓷印制电路板；所述多层陶瓷印制电路板的层数与所述陶瓷基PCB板的数量对应。
所述覆铜区的导热金属面与所述电子线路印制区中印制电子线路的局部功能网络电联接，或所述覆铜区的导热金属面与所述电子线路印制区中的印制电子线路整体地有电联接。
所述电子线路印制区和所述覆铜区之间还设置有用于电绝缘的隔离区，所述隔离区上不设置所述覆合层。
所述电子线路印制区包括用于设置高功率密度部件的高功率密度部件固定区、用于设置控制电路的控制电路区和用于布設电力电子线路的电力电子线路区。
参与共晶焊接的两面相向的所述覆合层布覆的共晶材料为Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金之任意一种。
参与共晶焊接的两面相向的所述覆合层，其中一所述覆合层布覆的共晶材料是Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金中的任意一种；其中另一所述覆合层布覆的共晶材料是单层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、钯Pd或铝Al；或者该另一所述覆合层布覆的共晶材料是金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、钯Pd抑或铝Al诸材料中任择两种或两种以上的交替布覆的多层结构。
参与共晶焊接的两面相向的两所述覆合层，互相有别地、分别均匀布覆有单层的或交替布覆多层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、钯Pd或铅Pb诸元素材料之一种；参与共晶焊接的两面相向的两所述覆合层，其各自用于熔融覆合的表层共晶材料是两种互不相同的材料；所述该两种材料在共晶焊接时，熔融覆合形成Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶层、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金，以及Sn-Pb锡铅合金中的任意一种。
所述Au-Sn金锡合金，按质量百分比计，其中含金Au80.0%±2.0%，其余为锡Sn 。
所述Ag-Sn银锡合金，按质量百分比计，其中含锡Sn 96.5%±2.0%，其余为银Ag。
所述Au-Ge金锗合金，按质量百分比计，其中含金Au 88.0%±2.0%，其余为锗Ge。
所述Au-Si金硅共晶材料，按质量百分比计，其中含金Au 97.0%±2.0%，其余为硅Si。
所述覆合层的厚度为2微米至100微米。
所述覆合层的厚度为3微米至20微米。
所述陶瓷基底层的材质，采用导热系数大于等于2 W/m·K的高导热陶瓷材料；制作所述陶瓷基底层的陶瓷材料包括三氧化二铝、氮化铝、氮化硅和氧化铍；所述陶瓷基底层为上述三种材料任选一种或两种及两种以上的组合。
所述相互覆合的多块所述陶瓷基PCB板的陶瓷基底层的材质可以相同；或所述相互覆合的多块陶瓷基PCB板的陶瓷基底层的材质各不相同；各不同的陶瓷基底层所用的材料依据不同层的导热和绝缘需求选择搭配。
本发明为解决所述技术问题采用的技术方案还可以是一种用于前述多层陶瓷印制电路板的方法包括以下步骤，A1：在所述陶瓷基PCB板的中间层的电子线路印制区的印制电子线路各线条和各节点上均匀布覆共晶材料，和/或所述陶瓷基PCB板的中间层的覆铜区的导热金属面上均匀布覆共晶材料，在所述中间层的印制电子线路各线条和各节点上和/或导热金属面上形成覆合层；在布覆所述覆合层之前，所述陶瓷基PCB板的中间层上已设置有印制有印制电子线路的电子线路印制区和用于中间层大面积覆盖进行导热和散热的导热金属面即覆铜区；
A2：将至少两块陶瓷基PCB板的覆合层相向压合，共同加热到所用共晶材料的共晶温度，进行共晶熔融覆合而将各陶瓷基PCB板熔融覆合联接成为一体化多层陶瓷印制电路板；当所述陶瓷基PCB板的数量为复数个时，各该陶瓷基PCB板之间借助各自的所述覆合层和同其相向的所述覆合层之间的共晶熔融覆合形成多层陶瓷印制电路板；所述多层陶瓷印制电路板的层数与所述陶瓷基PCB板的数量对应。
本发明的技术效果是：1.覆合层不仅方便地通过共晶焊接实现多层陶瓷印制电路板的层间的机械联接和电联接，且大大提高了电子线路印制区的导热性能；2.中间层的覆铜区以及覆铜区上的覆合层进一步地提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；3.陶瓷基PCB板的陶瓷基底层所使用的陶瓷材质均为高导热的陶瓷材料，具有很好的导热性能和绝缘强度；本发明涉及的多层陶瓷印制电路板具有优越的导热性能，特别适合高功率和高热流密度的应用场合。
附图说明
图1是本发明高导热性多层陶瓷印制电路板10优选实施例I的正投影俯视示意图；在俯视图中，所述中间层120和所述覆合层130显示为同一区域；
图2是图1的A-A剖视示意图；
图3是图2的D部分局部放大示意图；
图4是图3的E部分局部放大示意图；
图5是图1所示优选实施例I的分解状态轴测投影示意图，图中部分部件和部分面不可见；
图6是用于制作图1所示双层陶瓷印制电路板50的第I-1陶瓷基PCB板221的基底B面114的俯视示意图；
图7是用于制作图1所示双层陶瓷印制电路板52的第I-1陶瓷基PCB板221的基底A面112的俯视示意图；
图8是用于制作图1所示双层陶瓷印制电路板52的第I-2陶瓷基PCB板222的基底B面114的俯视示意图；
图9是用于制作图1所示双层陶瓷印制电路板52的第I-2陶瓷基PCB板222的基底A面112的俯视示意图；
在图6至图9的俯视示意图中，所述中间层120和所述覆合层130显示为同一区域；所述电子线路印制区覆合层138与所述电子线路印制区128显示为同一区域；所述覆铜区覆合层135与所述覆铜区125显示为同一区域；
图10是本发明高导热性多层陶瓷印制电路板10优选实施例II的电子线路印制区128的分区俯视示意图；
图11是本发明高导热性多层陶瓷印制电路板10优选实施例III的MOSFET全桥模组的原理电路图；
图12是本发明优选实施例III所涉及的MOSFET全桥模组应用中的双层陶瓷印制电路板52的第III-1陶瓷基PCB板231的陶瓷基底层110的基底B面114的俯视示意图；该图中的固晶区为高功率密度部件固定区1283、图中的焊线区和焊盘为控制线路区1285，图中的面积铜为覆铜区125；
图13是本发明优选实施例III所涉及的MOSFET全桥模组应用中的双层陶瓷印制电路板52的第III-1陶瓷基PCB板231的陶瓷基底层110的基底A面112的俯视示意图；
图14是本发明优选实施例III所涉及的MOSFET全桥模组应用中的双层陶瓷印制电路板52的第III-2陶瓷基PCB板232的陶瓷基底层110的基底A面112的俯视示意图；
图15是本发明优选实施例III所涉及的MOSFET全桥模组应用中的双层陶瓷印制电路板52的第III-2陶瓷基PCB板232的陶瓷基底层110的基底B面114的俯视示意图；
图16是本发明优选实施例Ⅳ即多通道COB-LED光源应用基板的轴测投影示意图；
图17是本发明优选实施例Ⅳ即四层陶瓷印制电路板54的正投影俯视示意图；
图18是本发明优选实施例Ⅳ中第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441的基底A面112的正投影俯视示意图；
图19是本发明优选实施例Ⅳ中第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441的基底B面114的正投影俯视示意图；
图20是本发明优选实施例Ⅳ中第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442陶瓷基底层110的基底A面112的正投影俯视示意图；
图21是本发明优选实施例Ⅳ中第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442的陶瓷基底层110的基底B面114的正投影俯视示意图；
图22是本发明优选实施例Ⅳ中第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443的陶瓷基底层110的基底A面112的正投影俯视示意图；
图23是本发明优选实施例Ⅳ中第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443的陶瓷基底层110的基底B面114的正投影俯视示意图；
图24是本发明优选实施例中第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444的陶瓷基底层110的基底A面112的正投影俯视示意图；
图25是本发明优选实施例Ⅳ中第Ⅳ-3陶瓷基PCB板444的陶瓷基底层110的基底B面114的正投影俯视示意图；
图26是图17是本发明优选实施例Ⅳ即四层陶瓷印制电路板54的正投影侧视示意图；
图27是图26上部的局部放大示意图；
图28是图27中H部分的局部放大示意图。
上述各图中所指的所述第I-1陶瓷基PCB板221、第I-1陶瓷基PCB板222、第III-1陶瓷基PCB板231、第III-2陶瓷基PCB板232、第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441、第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442、第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443、第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444均为陶瓷基PCB板100在不同实施例中的具体实施例，其编号仅用于标识，这些编号没有任何顺序和优先级的表示；
在图16至18中示出了不同LED芯片的固晶区域，以及LED的正负极焊盘；在图19至23中示出了通孔和焊盘；在图19示出了不带通孔的待覆合焊盘，在图19至25中的面积铜为覆铜区125。
具体实施方式
下面结合各附图对本发明的内容进一步详述。
一种具有高导热系数的多层陶瓷印制电路板50有多个实施例。
如图1至图9所示的是实施例I，在实施例I中所述多层陶瓷印制电路板50为双层陶瓷印制电路板52，在该实施例中，所述第I-1陶瓷基PCB板221和第I-1陶瓷基PCB板222共晶熔融覆合后形成双层陶瓷印制电路板52。
如图1至图9所示的双层陶瓷印制电路板52实施例中，该双层陶瓷印制电路板52包括两块相互覆合的陶瓷基PCB板100；每一块所述陶瓷基PCB板100包括陶瓷基底层110、中间层120和覆合层130；所述陶瓷基底层110用于导热和/或散热以及电绝缘；将所述陶瓷基底层110相互在总体上平行的两表面分别称作基底A面112和基底B面114，所述中间层120设置在所述基底A面112上，或所述中间层120设置在所述基底B面114上；所述中间层120用于印制电子线路和/或布设导热金属面；所述中间层120包括用于印制电子线路的电子线路印制区128和/或用于布设导热金属面的覆铜区125，所述覆铜区125在中间层大面积覆盖、实现导热和散热；所述覆合层130为具有共晶熔融特性的共晶材料层；所述覆合层130用于同另一块陶瓷基PCB板100的另一所述覆合层130共晶覆合并实现热传导；所述覆合层130包括电子线路印制区覆合层138和/或覆铜区覆合层135；所述电子线路印制区覆合层138均匀布覆于所述电子线路印制区128的印制电子线路各线条和各节点上；所述覆铜区覆合层135均匀布覆于所述覆铜区125的导热金属面上；所述陶瓷基PCB板100相向地两两贴合加热，借助其上的所述覆合层130完成共晶焊接，从而将各该陶瓷基PCB板100熔融覆合联接成为层数为两层的多层陶瓷印制电路板50。
所述覆合层130不仅可以非常方便通过共晶焊接实现多层陶瓷印制电路板50的层间联接，且提高了电子线路印制区128的导热性能。所述覆铜区125以及覆铜区125上的覆合层130进一步的提高了多层陶瓷印制电路板50的导热性能。
当然多层陶瓷印制电路板50的层数可以是大于二的其他多层陶瓷印制电路板，如三层、四层、五层以及更高层数的多层层陶瓷印制电路板。每增加一块陶瓷基PCB板100就增加了一层。
在一些实施例中，所述各该陶瓷基PCB板100需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形相互呈镜像对称，或至少大部分的印制电子线路和/或导热金属面的图形呈镜像对称；所述各该陶瓷基PCB板100需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形不对称时，与印制电子线路和/或导热金属面相向的那面应是空白的陶瓷面。
在一些实施例中，所述陶瓷基底层110的基底A面112和基底B面114上均设置有所述中间层120时，各该所述中间层120上的印制电子线路和/或导热金属面通过所述陶瓷基底层110上的金属孔118电联接；所述金属孔118包括被金属柱状物如金属针贯通填充的实心金属孔和或孔壁已被镀覆金属的金属化通孔。
在一些实施例中，所述金属孔118在所述陶瓷基PCB板100用于制造多层陶瓷印制电路板50之前已经金属化，在各所述陶瓷基PCB板100两两覆合成多层陶瓷印制电路板50后，由于共晶焊接具有很好的流动性，因此金属化过孔的表面也参与共晶结合形成利于导热的共晶层。所述金属孔118包括实心金属化孔和空心的金属化通孔。当然实心金属化孔的导热性能优于空心的金属化通孔。在部分极高导热性能需求的地方，金属孔可以设计成实心金属化孔。此外所述各陶瓷基PCB板100上还可以设置有用于安装定位的定位孔。
在一些实施例中，所述覆铜区125的导热金属面与所述电子线路印制区128中印制电子线路的局部功能网络电联接，或所述覆铜区125的导热金属面与所述电子线路印制区128中的印制电子线路整体地有电联接。
在一些实施例中，所述陶瓷基底层110和所述中间层120之间互相电气绝缘。所述中间层120的所述覆铜区125的导热金属面与所述覆合层130之间既有电联接也有机械联接。同样所述中间层120的电子线路印制区128的印制电子线路各线条和各节点上在覆合上所述覆合层130时候，印制电子线路各线条和各节点与所述覆合层130之间既有电联接也有机械联接。即所述电子线路印制区覆合层138均匀布覆在印制电子线路各线条和各节点上，所述电子线路印制区覆合层138与印制电子线路各线条和各节点上熔融覆合后实现电联接和机械联接；所述覆铜区覆合层135均匀布覆在所述覆铜区125的导热金属面上，所述覆铜区覆合层135与导热金属面熔融覆合后实现电联接和机械联接。
在一些实施例中，当两块陶瓷基PCB板100通过各自的覆合层130相向熔融覆合后形成融合后的共晶熔融层；该共晶熔融层将两块陶瓷基PCB板100上的印制电子线路各线条和各节点通过共晶熔融同时实现了电联接和机械联接；同样地两块陶瓷基PCB板100各自的导热金属面通过共晶熔融同时实现了电联接和机械联接。
在一些实施例中，每块陶瓷基PCB板100的印制电子线路各线条和各节点与导热金属面之间是否有电气联接可以根据实际需要来进行灵活变通。
在部分实施例中，所述覆铜区125的导热金属面与所述电子线路印制区128中的局部电路功能网络或所述电子线路印制区128整体电联接。即所述覆铜区125除了导热和散热的功能之外还可以具备电气特征。例如在一些实施例中，所述覆铜区125可以与电子线路印制区128中的地网络联接，赋予所述覆铜区125接地的电气特征。根据电子线路的电磁兼容性设计需求，所述覆铜区125还可以与电子线路印制区128的电子线路中不同的电气网络联接实现更好的电路实现效果。在一些应用中为了实现电路的屏蔽效果，可以将所述电子线路印制区128的电子线路和所述覆铜区125的导热金属面全面电联接形成屏蔽层。
在一些实施例中，所述电子线路印制区128和所述覆铜区125之间还设置有用于电绝缘的隔离区127，所述隔离区127上不设置所述覆合层130。
在实际应用中，电子线路印制区128和覆铜区125占整个中间层120的比率可以根据实际导热需求进行配比布置，所述覆铜区125的主要目的是用于导热，因此在导热要求高的场合除了电子线路印制区128和必要的隔离区127之外，剩下的中间层区域可全部覆形成大面积的铜区125以提高导热性能。
在一些实施例中，所述电子线路印制区128包括用于设置高功率密度部件的高功率密度部件固定区1283、用于设置控制电路的控制电路区1285和用于布設电力电子线路的电力电子线路区1287。
在一些实施例中，当所述陶瓷基PCB板100位于多层陶瓷印制电路板50的最顶层或最底层时候，其中间层120对外的外表面上还包括用于粘贴片状元器件的固晶区。
在一些实施例中，所述多层陶瓷印制电路板50包括三层陶瓷印制电路板；所述三层陶瓷印制电路板由中间的陶瓷基PCB板100分别与上下两块陶瓷基PCB板100共晶熔融覆合而成；该中间的陶瓷基PCB板100的陶瓷基底层110的基底A面112和基底B面114上均设置有所述中间层120，并且在所述基底A面112的中间层120和所述基底B面114上的中间层120上都布设所述覆合层130，以适应同一块所述陶瓷基PCB板100的基底A面112和基底B面114上分别都再覆合另一块陶瓷基PCB板100的情况。
在一些实施例中，所述多层陶瓷印制电路板50包括层数为四层以上的多层陶瓷印制电路板50；该多层陶瓷印制电路板50中包括至少四块陶瓷基PCB板100，各该陶瓷基PCB板100之间借助各自的所述覆合层130和同其相向的所述覆合层130之间的共晶熔融覆合形成多层陶瓷印制电路板50；所述多层陶瓷印制电路板50的层数与所述陶瓷基PCB板100的数量对应。
在一些实施例中，参与共晶焊接的两面相向的所述覆合层130布覆的共晶材料为Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金之任意一种。所述共晶材料还可以被被替换为其他具有共晶特性适用于共晶焊接的其他材料。各种共晶材料根据其共晶材料的组份不同具有不同的共晶温度；通常的共晶温度范围在200摄氏度至400摄氏度；也有部分共晶材料的共晶温度在100摄氏度至200摄氏度；也有部分共晶材料的共晶温度在400摄氏度至800摄氏度。其中，有部分如Au-Sn金锡合金这样的共晶材料的共晶温度在300至330摄氏度之间，具体的温度可以是310或320摄氏度。
在一些实施例中，参与共晶焊接的两面相向的所述覆合层130，其中一所述覆合层130布覆的共晶材料是Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金中的任意一种；其中另一所述覆合层130布覆的共晶材料是单层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、钯Pd或铝Al；或者该另一所述覆合层130布覆的共晶材料是金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、钯Pd抑或铝Al诸材料中任择两种或两种以上的交替布覆的多层结构。并且，在其中一个参与共晶熔融焊接的所述覆合层130中，参与熔融覆合焊接面的下方还可以均匀覆有Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金、Sn-Pb锡铅合金的任意一种或两种以上的交替多层；在另一参与共晶熔融焊接的所述覆合层130中，参与熔融覆合焊接面的下方还可以均匀覆有金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、铅Pb、铝Al、钯Pd、铝Al这些种材料中任择一种或两种以上的多层交替层。上述参与参与共晶熔融焊接的单种材料可以被替换为任意一种常规的金属材料或半导体材料。
在一些实施例中，参与共晶焊接的两面相向的两所述覆合层130，互相有别地、分别均匀布覆有单层的或交替布覆多层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、钯Pd或铅Pb诸元素材料之一种；参与共晶焊接的两面相向的两所述覆合层130，其各自用于熔融覆合的表层共晶材料是两种互不相同的材料；所述该两种材料在共晶焊接时，熔融覆合形成Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶层、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金，以及Sn-Pb锡铅合金中的任意一种。即参与共晶熔融焊接的两个相向的所述覆合层130的覆合焊接面中：一面均匀覆有单层的或交替多层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、钯Pd或铅Pb；另一面均匀覆有单层的或交替多层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、钯Pd或铅Pb；使相对的两个所述覆合层130的覆合焊接面中，一面匀覆有A种材料，另一面匀覆有B种材料，所述A种材料和所述B种材料在共晶焊接时，覆合形成Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金、Sn-Pb锡铅合金中的任意一种。
在部分实施例中，所述Au-Sn金锡合金中，金Au的质量百分比为80.0%，锡Sn的质量百分比为20.0%。其共晶温度为280℃，即共晶焊接的熔点为280℃。
在部分实施例中，所述Ag-Sn银锡合金中，银Ag的质量百分比为3.5%，锡Sn的质量百分比为96.5%。
在部分实施例中，所述Au-Ge金锗合金中，金Au的质量百分比为88.0%，锗Ge的质量百分比为12.0%。其共晶温度为356℃，即共晶焊接的熔点为356℃。
在部分实施例中，所述Au-Si金硅共晶材料中，金Au的质量百分比为97.0%，硅Si的质量百分比为3.0%。其共晶温度为370℃，即共晶焊接的熔点为370℃。
所述共晶材料除了前述提到的Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金和Sn-In锡铟合金之外，还可以是其他任何具备共晶特性的共晶覆合材料。
可以根据不同陶瓷PCB板的应用场合和工艺设计需求，选择合适的共晶材料即可。例如在不同温度需求的应用中，可以选择不同共晶温度的共晶材料。
例如在优选的 Au-Sn金锡合金Au80Sn20和、Au-Si金硅共晶材料Au97Si3应用时，采用该两种共晶材料的多层陶瓷PCB板，可以耐受更高的温度，使得多层陶瓷板的应用范围进一步扩大，比如Au-Si金硅共晶材料共晶后的基板可以耐受高达280度的回流焊工艺。
在需要和不同材质的端面进行二次焊接或覆合时候，可以选择与二次焊接覆合材质共融性能更佳的共晶覆合材料；例如含银的焊料Sn-Ag，易于与镀层含银的端面接合；含金、含铟的合金焊料易于与镀层含金的端面接合。
在一些实施例中，所述陶瓷基底层110的材质，采用导热系数大于等于2 W/m·K的高导热陶瓷材料；制作所述陶瓷基底层110的陶瓷材料包括三氧化二铝、氮化铝、氮化硅和氧化铍，所述陶瓷基底层110为上述三种材料任选一种或两种及两种以上的混合材料烧结而成的陶瓷。三氧化二铝或氮化铝材质的基板的导热系数远高于普通FR4环氧玻璃布层压板和现有其他陶瓷材质陶瓷层压板的导热系数；三氧化二铝或氮化铝材质的基板绝缘强度也远高于铝基层压板的绝缘强度。
在一些实施例中，所述相互覆合的多块所述陶瓷基PCB板100的陶瓷基底层110的材质可以相同；或所述相互覆合的多块陶瓷基PCB板100的陶瓷基底层110的材质各不相同；各不同的陶瓷基底层110所用的材料依据不同层的导热和绝缘需求选择搭配。
上述多个实施例中的所述覆合层130的厚度为2微米至100微米；在通常的应用中，所述覆合层130的厚度优选地设置在2微米至20微米 或3微米至20微米。
用于制造前述多层陶瓷印制电路板的方法包括以下步骤，A1：在所述陶瓷基PCB板100的中间层120的电子线路印制区128的印制电子线路各线条和各节点上均匀布覆共晶材料，和/或所述陶瓷基PCB板100的中间层120的覆铜区125的导热金属面上均匀布覆共晶材料，在所述中间层120的印制电子线路各线条和各节点上和/或导热金属面上形成覆合层130；在布覆所述覆合层130之前，所述陶瓷基PCB板100的中间层120上已设置有印制有印制电子线路的电子线路印制区128和用于中间层大面积覆盖进行导热和散热的导热金属面即覆铜区125；
A2：将至少两块陶瓷基PCB板100的覆合层130相向压合，共同加热到所用共晶材料的共晶温度，进行共晶熔融覆合而将各陶瓷基PCB板100熔融覆合联接成为一体化多层陶瓷印制电路板50；当所述陶瓷基PCB板100的数量为复数个时，各该陶瓷基PCB板100之间借助各自的所述覆合层130和同其相向的所述覆合层130之间的共晶熔融覆合形成多层陶瓷印制电路板50；所述多层陶瓷印制电路板50的层数与所述陶瓷基PCB板100的数量对应。
本发明涉及的用于制造多层陶瓷印制电路板的制造方法中，涉及的共晶焊接的温度范围可以是在100℃至800℃之间，也可以在200℃至400℃之间。通常优选范围为300℃至330℃之间，具体的温度可以是310℃或320℃，这样的温度范围与现有PCB工艺兼容，适合规模化生产，避免了传统多层陶瓷印制电路板50制作过程中的高温和复杂工艺方法。
因此本发明涉及的多层陶瓷印制电路板50导热性能好，具有极高的导热系数和绝缘强度，特别适合用于MOSFET，IGBT，LED等功率器件的封装，同样适合用于高功率CPU/MPU/GPU 集成电路的封装，以及集成功率模组IPM和光引擎功率模组的应用。
如图11所示为一个MOSFET的全桥模组的电路原理图。通常MOSFET的全桥模组容易实现，但集成控制部分通常需要另一块独立PCB板实现。本实施例由于使用了高导热的多层陶瓷线路，使得复杂的控制线路也可以在同一个陶瓷基板上得以实现。MOSFET裸晶直接固焊于陶瓷电路板上，控制电路和MOSFET集成在一起；甚至如果需要，把整流部分也集成在一起，大大缩小模组体积。由于本发明陶瓷线路的高绝缘特性及高导热特性，MOSFET的导热散热体可以一体化，从而提高可靠性。
在一种集成了控制线路的MOSFET全桥大电流电机驱动模组的应用中采用了如图12至15所示的多层陶瓷印制电路板，在该多层陶瓷印制电路板的实施例中，采用了两块陶瓷基PCB板100：分别是第III-1陶瓷基PCB板231和第III-2陶瓷基PCB板232，该第III-1陶瓷基PCB板231和第III-2陶瓷基PCB板232通过共晶覆合联接形成另外一个双层陶瓷印制电路板52。
如图10所示，所述电子线路印制区128包括用于设置高功率密度部件的高功率密度部件固定区1283、用于设置控制电路的控制电路区1285和用于设置电力电子线路的电力电子线路区1287。具体的，在如图12至15所示的MOSFET全桥大电流电机驱动模组的应用中，高功率密度部件固定区为MOSFET裸晶固定区、电力电路具体为整流线路。需要说明的是，在图10中，只是为了说明方便进行的分区说明，实际的高功率密度部件固定区1283、控制线路区1285和电力电子线路区1287的区域划分千差万别，需依据实际的器件特征进行布局。
如图16至28所示为一种高功率密度的四通道RGBW COB-LED光源的应用基板，在该多层陶瓷印制电路板50中四块陶瓷基PCB板100熔融覆合形成四层陶瓷印制电路板54；如图26至28所示，所述四层陶瓷印制电路板54中包括四块陶瓷基PCB板100，分别是第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441、第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442、第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443和第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444；所述第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442分别与第I-1陶瓷基PCB板221和第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443通过相应的所述覆合层130共晶熔融覆合，同时第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443和第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444也通过相应的所述覆合层130共晶熔融覆合形成所述四层陶瓷印制电路板54。
通常情况下，RGBW的光源用于舞台灯光。由于小角度配光的要求，希望发光面尽量小而功率密度尽量大。现有的做法是用多颗RGBW的贴片LED紧密贴装在PCB上，由于线路比较复杂，需要多层板才能满足要求。现有成熟工艺高导热的金属基电路板(MCPCB-metalcore printed circuit board)只能做双面板，不能满足布线要求,而且导热系数也仅0.8W/ m·K -3W/m.k；其它材质的PCB则导热系数很低(导热系数<1W/ m·K ),用在这样的灯具上光源寿命大大降低。
本实施例利用了本发明的多层陶瓷电路板，在13.5毫米×13.5毫米的多层陶瓷基板上将倒装R、G、B、W 四色LED芯片分别固焊在对应位置，芯片尺寸为45mil×45mil(即1.14毫米×1.14毫米)，出光面仅为4.73毫米×4.73毫米，很好解决了这个难题。
图16和17分别为四通道RGBW COB-LED光源的应用基板的轴测投影示意图和俯视示意图，图上可见在一个应用基板上集成了红色、绿色、蓝色和白色四种LED芯片，每种颜色的LED芯片具有各个的正负极焊盘和各自的固晶焊盘即固晶区。
如图18至25所示，四块陶瓷基PCB板100上共同设置有完整的电子线路；四块陶瓷基PCB板100优选地，用0.254mm厚度的AlN陶瓷基电路板。四块陶瓷基PCB板100分别称之为第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441、第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442、第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443和第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444；其中第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441、第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442和第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443上均设置有金属孔118，用于各陶瓷基PCB板上的所布置的电子线路之间的电联接。其中第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444设置在最底层，其上没有设置金属孔118。
如图18所示，其中第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441的基底A面112上设置的中间层120包括正负极焊盘、LED固晶焊盘和用于电联接的电子线路。
如图19所示为第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441的基底B面114；如图20和21所示的第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442的基底基底A面112和基底B面114；如图22和23所示的第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443的基底基底A面112和基底B面114；如图24所示的第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444的基底基底A面112；上述这六个面上均设置的中间层120包括用于印制电子线路的电子线路印制区128、用于非电子线路印制区覆盖的覆铜区125和用于隔离所述电子线路印制区128和所述覆铜区125的隔离区127。覆铜区125有时候也称之为面积铜，通过大面积的覆铜，提高导热和散热性能。
图19至24所示的六个面的中间层120上还设置有所述覆合层130，即覆合层130位于所述中间层120之上；所述覆合层130为匀覆的共晶材料层。所述各陶瓷基PCB板100两两之间通过其上覆合层130的共晶焊接将各陶瓷基PCB板100覆合联接成多层陶瓷印制电路板50。覆合层130上均覆的材料优选为AuSn80金锡合金，优选地厚度为6微米；如另面对面待覆合的两覆合层130中，一面为金锡合金层，则另外一面可以为浸润性良好的单一金属如金。
图19所示的第Ⅳ-1陶瓷基PCB板441的陶瓷基底层110的基底B面114相对图20所示的第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442的陶瓷基底层110的基底A面112进行覆合，通过覆合层130实现两陶瓷基PCB板之间的覆合联接。
同样地，图21所示的第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442的陶瓷基底层110的基底B面114相对图22所示的第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443的陶瓷基底层110的基底A面112进行覆合，通过覆合层130实现第Ⅳ-2陶瓷基PCB板442和第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443的覆合联接。
同样地，图23所示的第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443的陶瓷基底层110的基底B面114相对图24所示的第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444的陶瓷基底层110的基底A面112进行覆合，通过覆合层130实现第Ⅳ-3陶瓷基PCB板443和第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444的覆合联接。
上述四层陶瓷印制电路板54的制作中，可将四块的陶瓷基PCB板100一次压合后进行共晶焊接；也可以先将两块陶瓷基PCB板100两两熔融成双层陶瓷印制电路板；再将制作得到的两块双层陶瓷印制电路板熔融覆合或者借助各陶瓷基PCB板100上的贯通定位孔用金属铆钉铆合联接而得到四层陶瓷印制电路板54。
上述三层陶瓷印制电路板54的制作中，可将三块的陶瓷基PCB板100一次压合后进行共晶焊接；也可以先将两块陶瓷基PCB板100两两熔融成双层陶瓷印制电路板；将如此制作得到双层陶瓷印制电路板再熔融覆合或用金属铆钉铆合一块陶瓷基PCB板100而得到三层的陶瓷印制电路板。
如图25所示，第Ⅳ-4陶瓷基PCB板444的陶瓷基底层110的基底B面114上仅设置了用于非电子线路印制区覆盖的覆铜区125，大面积覆铜以提高基板的导热和散热性能，也可以同时用于光源固定焊装。所述覆铜区125用作光源安装固定面，表面处理可以简单处理为抗氧化铜或者铜镀镍金；当然所述覆铜区125也可以均覆上用于共晶熔融焊接的覆合层130，共晶熔融后实现同其他部件的共晶覆合联接。
实际应用中，通过定位孔或者其他定位方式将各陶瓷基PCB板的相对应的部分准确叠压在一起，加温至300-320℃即加温达到Au-Sn80共晶温度，各陶瓷基PCB板的覆合层130之间共晶熔融将各陶瓷基PCB板焊接成为一体的多层陶瓷电路板。此例线路铜厚2盎司，氮化铝陶瓷的导热系数170W/ m·K ，金锡合金导热系数57W/ m·K ，算上线路间隙的未覆合部分，理论导热系数>120W/ m·K ，远远高于其它多层电路板的导热系数。
本发明中，所述“覆合”一词在现有技术中的其他文献中也称之为“复合”；所述“联接”一词在现有技术中的其他文献中有时也用作“连接”，但是本申请文件中的“联接”的含义范围不仅仅指“连接”，部分场合还有“联合”的意思。
在本发明中，覆合层不仅方便的通过共晶焊接实现多层陶瓷印制电路板的层间联接，且提高了电子线路印制区的导热性能；中间层的覆铜区以及覆铜区上的覆合层进一步的提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；陶瓷基PCB板的陶瓷基底层的陶瓷材质为三氧化二铝、氮化铝、氮化硅和氧化铍中的任意一种或多种的混合物，具有很好的导热性能和绝缘强度。电子线路印制区和覆铜区上的覆合层在实现层间联接的同时，大大提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；陶瓷基底层具有很好的导热性能和绝缘强度，使得本发明的多层陶瓷印制电路板具有很好导热性能，适合高功率和高热流密度的应用场合。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种多层陶瓷印制电路板(50)，包括至少两块相互覆合的陶瓷基PCB板(100)；每一块所述陶瓷基PCB板(100)包括陶瓷基底层(110)和覆合层(130)；所述陶瓷基底层(110)和所述覆合层(130)之间还设置有中间层(120)；
所述陶瓷基底层(110)用于导热和/或散热以及电绝缘；将所述陶瓷基底层(110)相互在总体上平行的两表面分别称作基底A面(112)和基底B面(114)，所述中间层(120)设置在所述基底A面(112)上，或所述中间层(120)设置在所述基底B面(114)上；
所述中间层(120)用于印制电子线路和/或布设导热金属面；所述中间层(120)包括用于印制电子线路的电子线路印制区(128)和/或用于布设导热金属面的覆铜区(125)，所述覆铜区(125)在中间层大面积覆盖、实现导热和散热；
所述覆合层(130)为具有共晶熔融特性的共晶材料层；所述覆合层(130)用于同另一块陶瓷基PCB板(100)的另一所述覆合层(130)共晶熔融覆合并实现热传导或热传导及电连接；所述覆合层(130)包括电子线路印制区覆合层(138)和/或覆铜区覆合层(135)；所述电子线路印制区覆合层(138)均匀布覆于所述电子线路印制区(128)的印制电子线路各线条和各节点上；所述覆铜区覆合层(135)均匀布覆于所述覆铜区(125)的导热金属面上；
所述陶瓷基PCB板(100)相向地两两贴合加热，借助其上的所述覆合层(130)完成共晶熔融焊接，从而将各该陶瓷基PCB板(100)熔融覆合联接成为层数至少为两层的多层陶瓷印制电路板(50)。
2.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述各该陶瓷基PCB板(100)需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形相互呈镜像对称，或至少大部分的印制电子线路和/或导热金属面的图形呈镜像对称；
所述各该陶瓷基PCB板(100)需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形不对称时，与该不对称部分印制电子线路和/或导热金属面相向的那面是空白的陶瓷面，或与该不对称部分印制电子线路和/或导热金属面相向的那面是孤岛状的印制电子线路图形。
3.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述陶瓷基底层(110)的基底A面(112)和基底B面(114)上均设置有所述中间层(120)时，各该所述中间层(120)上的印制电子线路和/或导热金属面通过所述陶瓷基底层(110)上的金属孔(118)电联接；所述金属孔(118)包括被金属柱状物贯通填充的实心金属孔和或孔壁已被镀覆金属的金属化通孔。
4.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述多层陶瓷印制电路板(50)包括三层陶瓷印制电路板；所述三层陶瓷印制电路板由中间的陶瓷基PCB板(100)分别与其两侧面的两块陶瓷基PCB板(100)共晶熔融覆合而成；
该中间的陶瓷基PCB板(100)的陶瓷基底层(110)的基底A面(112)上和基底B面(114)上均设置有所述中间层(120)，并且在所述基底A面(112)的中间层(120)上和所述基底B面(114)的中间层(120)上都布设所述覆合层(130)，以适应同一块所述陶瓷基PCB板(100)的基底A面(112)上和基底B面(114)上分别都再覆合另一块陶瓷基PCB板(100)的情况。
5.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述多层陶瓷印制电路板(50)包括层数为四层及其以上的多层陶瓷印制电路板(50)；该多层陶瓷印制电路板(50)中包括至少四块陶瓷基PCB板(100)，各该陶瓷基PCB板(100)之间借助各自的所述覆合层(130)和同其相向的所述覆合层(130)之间的共晶熔融覆合形成多层陶瓷印制电路板(50)；所述多层陶瓷印制电路板(50)的层数与所述陶瓷基PCB板(100)的数量对应。
6.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述覆铜区(125)的导热金属面与所述电子线路印制区(128)中印制电子线路的局部功能网络电联接，或所述覆铜区(125)的导热金属面与所述电子线路印制区(128)中的印制电子线路整体地有电联接。
7.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述电子线路印制区(128)和所述覆铜区(125)之间还设置有用于电绝缘的隔离区(127)，所述隔离区(127)上不设置所述覆合层(130)。
8.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述电子线路印制区(128)包括用于设置高功率密度部件的高功率密度部件固定区(1283)、用于设置控制电路的控制电路区(1285)和用于布設电力电子线路的电力电子线路区(1287)。
9.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
参与共晶焊接的两面相向的所述覆合层(130)布覆的共晶材料为Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金之任意一种。
10.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
参与共晶焊接的两面相向的所述覆合层(130)，其中一所述覆合层(130)布覆的共晶材料是Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金中的任意一种；
其中另一所述覆合层(130)布覆的共晶材料是单层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、钯Pd或铝Al；或者该另一所述覆合层(130)布覆的共晶材料是金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、钯Pd抑或铝Al诸材料中任择两种或两种以上的单层，交替布覆成为多层结构。
11.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
参与共晶焊接的两面相向的两所述覆合层(130)，互相有别地、分别布覆有单层的或交替布覆多层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、钯Pd或铅Pb诸元素材料之一种；
参与共晶焊接的两面相向的两所述覆合层(130)，其各自用于熔融覆合的表层共晶材料是两种互不相同的材料；
所述该两种材料在共晶焊接时，熔融覆合形成Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶层、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金，以及Sn-Pb锡铅合金中的任意一种。
12.根据权利要求9所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述Au-Sn金锡合金，按质量百分比计，其中含金Au80.0%±2.0%，其余为锡Sn 。
13.根据权利要求9所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述Ag-Sn银锡合金，按质量百分比计，其中含锡Sn 96.5%±2.0%，其余为银Ag 。
14.根据权利要求9所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述Au-Ge金锗合金，按质量百分比计，其中含金Au 88.0%±2.0%，其余为锗Ge。
15.根据权利要求9所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述Au-Si金硅共晶材料，按质量百分比计，其中含金Au 97.0%±2.0%，其余为硅Si。
16.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述覆合层(130)的厚度为2微米至100微米。
17.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述覆合层(130)的厚度为3微米至20微米。
18.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述陶瓷基底层(110)的材质，采用导热系数大于等于2 W/m·K的高导热陶瓷材料；制作所述陶瓷基底层(110)的陶瓷材料包括三氧化二铝、氮化铝、氮化硅和氧化铍；所述陶瓷基底层(110)为上述四种材料任选一种或两种及两种以上的组合。
19.根据权利要求1所述的多层陶瓷印制电路板，其特征在于，
所述相互覆合的多块所述陶瓷基PCB板(100)的陶瓷基底层(110)的材质可以相同；或所述相互覆合的多块陶瓷基PCB板(100)的陶瓷基底层(110)的材质各不相同；各不同的陶瓷基底层(110)所用的材料依据不同层的导热和绝缘需求选择搭配。
20.一种用于制造权利要求1至19任一项所述多层陶瓷印制电路板的方法包括以下步骤，
A1：在所述陶瓷基PCB板(100)的中间层(120)的电子线路印制区(128)的印制电子线路各线条和各节点上均匀布覆共晶材料，和/或所述陶瓷基PCB板(100)的中间层(120)的覆铜区(125)的导热金属面上均匀布覆共晶材料，在所述中间层(120)的印制电子线路各线条和各节点上和/或导热金属面上形成覆合层(130)；
在布覆所述覆合层(130)之前，所述陶瓷基PCB板(100)的中间层(120)上已设置有印制电子线路的电子线路印制区(128)和用于中间层大面积覆盖进行导热和散热的导热金属面即覆铜区(125)；
A2：将至少两块陶瓷基PCB板(100)的覆合层(130)相向压合，共同加热到所用共晶材料的共晶温度，进行共晶熔融覆合而使各陶瓷基PCB板(100)熔融覆合联接成为一体化多层陶瓷印制电路板(50)；
当所述陶瓷基PCB板(100)的数量超过两块时，各该陶瓷基PCB板(100)之间借助各自的所述覆合层(130)和与其相向的所述覆合层(130)之间的共晶熔融覆合形成多层陶瓷印制电路板(50)；所述多层陶瓷印制电路板(50)的层数与所述陶瓷基PCB板(100)的数量对应。
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