CN108735707A - 一种陶瓷基板、陶瓷基板的制备方法及功率模块 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种陶瓷基板、陶瓷基板的制备方法及功率模块，用以解决现有技术中存在的陶瓷基板结构复杂、占用面积大的问题。陶瓷基板包含：陶瓷裸板；形成于陶瓷裸板上的第一金属线路层，该第一金属线路层上的部分区域用于放置功率器件；混合多层板结构，该混合多层板结构的一部分位于第一金属线路层上，另一部分位于陶瓷裸板上，该混合多层板结构用于放置控制器件，控制器件包含第一部分控制器件和第二部分控制器件，第一部分控制器件通过混合多层板结构以及第一金属线路层实现与功率器件的连接，第二部分控制器件通过混合多层板结构实现与第一部分控制器件的连接。
Description
技术领域
本申请涉及封装基板技术领域，尤其涉及一种陶瓷基板、陶瓷基板的制备方法及功率模块。
背景技术
功率模块在适配器、逆变器等能源产品中的应用广泛。通常，功率模块由功率器件、承载功率器件的功率基板、控制器件、承载控制器件的控制基板组成。随着集成电路技术的发展，功率模块正朝着高功率密度、高频、高可靠性和小型化发展，因而对基板的绝缘、导热、耐高温等性能提出了更高的要求。陶瓷基板因其导热性好、绝缘耐压高以及耐高温性能，应用场景越来越广泛。
在采用陶瓷基板的功率模块中，功率基板和控制基板通常是分离的，通过功率基板和控制基板之间的粗铝线、金线等引线实现控制回路和功率回路之间的电气连接。采用这种连接方式，功率器件的引脚与控制器件的引脚之间、控制器件的引脚与控制器件的引脚之间或者功率器件的引脚和功率器件的引脚之间，均可能需要排布引线，因而在功率模块中需要排布较多的引线。尤其在复杂度较高的功率模块中，功率器件和控制器件的数量较多、每个器件的引脚数量也较多，功率模块中需要排布的引线数量众多，从而导致陶瓷基板上的布线结构复杂、功率模块占用面积较大。因此，采用功率基板和控制基板通过引线连接的方式，会导致陶瓷基板结构复杂、整个功率模块占用面积较大。
综上，现有技术中提供的陶瓷基板存在结构复杂、占用面积较大的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种陶瓷基板、陶瓷基板的制备方法及功率模块，用以解决现有技术中存在的陶瓷基板结构复杂、占用面积大的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种陶瓷基板，该陶瓷基板包括：
陶瓷裸板；
形成于陶瓷裸板上的第一金属线路层，该第一金属线路层上的部分区域用于放置功率器件；
混合多层板结构，该混合多层板结构的一部分位于第一金属线路层上、另一部分位于所述陶瓷裸板上，该混合多层板结构用于放置控制器件，控制器件包含第一部分控制器件和第二部分控制器件，第一部分控制器件通过混合多层板结构以及第一金属线路层实现与功率器件的连接，第二部分控制器件通过混合多层板结构实现与第一部分控制器件的连接。
需要说明的是，对功率器件和控制器件的分布不做具体限定；例如，功率器件和控制器件可以呈左右分布，控制器件也可以分布在功率器件的四周，或者，控制器件可以分布在陶瓷基板的右上角区域，而功率器件分布在陶瓷基板上的其他区域。
第一方面提供的陶瓷基板中，第一部分控制器件通过混合多层板结构以及第一金属线路层实现与功率器件的电气连接、第二部分控制器件通过混合多层板结构实现与第一部分控制器件的电气连接，因而采用该陶瓷基板，通过混合多层板的内部结构即可实现第一部分控制器件与第一金属线路层连接，又由于第一金属线路层与功率器件连接，因而可以实现第一部分控制器件与功率器件连接；这种实现第一部分控制器件和功率器件连接的方式，与现有技术中采用粗铝线、金线等引线实现控制回路和功率回路之间的电气连接的方式相比，可以简化陶瓷基板的结构、减小整个功率模块的占用面积，有利于模块小型化。同样地，采用上述陶瓷基板，通过混合多层板结构的内部结构即可实现第一部分控制器件与第二部分控制器件的电气连接。这种实现第一部分控制器件和第二部分控制器件连接的方式，可以使得控制回路的布线立体化，从而减小控制回路的布线面积、降低布线复杂度。
因此，采用第一方面提供的陶瓷基板，可以通过混合多层板结构的内部结构以及陶瓷基板中预先设计的第一金属线路层实现功率回路和控制回路的电气连接，从而简化陶瓷基板的结构、减小控制回路的布线面积、降低布线复杂度。
在一种可能的设计中，上述陶瓷基板还包括形成于第一金属线路层的部分区域上的第二金属线路层，该第二金属线路层用于放置功率器件。其中，第一金属线路层的部分区域即前述用于放置功率器件的区域。
采用上述方案，通过第二金属线路层，可以实现用于放置功率器件的部分区域上的金属线路层增厚。由于功率器件一般对电流的需求较大，因而可通过设置第二金属线路层来提升金属线路层的载流能力，从而降低功率器件中流经较大电流时将金属线路层烧坏的风险。
在一种可能的设计中，上述陶瓷基板中的第一金属线路层根据设计线路覆盖于陶瓷裸板；第一部分控制器件经由混合多层板结构以及设计线路，实现与功率器件的连接。
其中，设计线路是根据功率器件和控制器件的数量、以及控制器件与功率器件的控制关系等信息预先设计的。第一金属线路层根据设计线路覆盖于陶瓷裸板，可以使得功率器件和控制器件通过设计线路上覆盖的第一金属线路层实现电气连接。
在一种可能的设计中，上述陶瓷基板中的混合多层板结构通过交替叠压的第一生坯和第二生坯制备得到。
具体实现时，在制备混合多层板结构时，可分别对不同材料制备得到的第一生坯和第二生坯进行冲孔操作；然后，交替叠压进行冲孔操作后的第一生坯和第二生坯；接着，进行过孔填充和丝网印刷操作，得到多层线路。将多层线路与陶瓷裸板、第一金属线路层和多层线路进行共烧后，多层线路即转化为混合多层板结构。
采用上述方案，提供一种制备混合多层板结构的具体方案，由于第一生坯和第二生坯的原料不同，因而第一生坯和第二生坯的烧结时间不同步，从而使得烧结得到的混合多层板结构在烧结过程中沿陶瓷裸板的方向不收缩，并且使得陶瓷浆料能润湿陶瓷裸板的表面，实现混合多层板结构与陶瓷裸板的良好粘结。
在一种可能的设计中，第一生坯由微晶玻璃-陶瓷浆料制成，第二生坯由低温玻璃-陶瓷浆料制成。
采用上述方案，通过两种常见的陶瓷浆料制成第一生坯和第二生坯，既可以使得混合多层板结构在烧结过程中沿陶瓷裸板的方向不收缩，又可以实现混合多层板结构与陶瓷裸板的良好粘结。
第二方面，本申请实施例提供一种陶瓷基板的制备方法，该方法包括如下步骤：
在陶瓷裸板上丝印浆料，制备覆盖于陶瓷裸板之上的第一金属线路层，形成第一样品；其中，第一金属线路层上的部分区域用于放置功率器件。
在陶瓷裸板以及第一金属线路层上除部分区域之外的区域上叠压多层线路，形成第二样品。
对第二样品进行共烧，形成陶瓷基板；其中，陶瓷基板包含陶瓷裸板、第一金属线路层以及由多层线路共烧后形成的混合多层板结构，混合多层板结构用于放置控制器件，控制器件包含第一部分控制器件和第二部分控制器件，第一部分控制器件通过混合多层板结构以及第一金属线路层实现与功率器件的连接，第二部分控制器件通过混合多层板结构实现与第一部分控制器件的连接。
在一种可能的设计中，在对第二样品进行共烧，形成陶瓷基板之后，还可以在第一金属线路层的部分区域上进行电镀操作，得到第二金属线路层，该第二金属线路层用于放置功率器件。
在一种可能的设计中，在陶瓷裸板上丝印银浆料，制备覆盖于陶瓷裸板之上的第一金属线路层，具体可通过如下方式实现：根据设计线路在陶瓷裸板上丝印银浆料，制备覆盖于陶瓷裸板之上的第一金属线路层。
在一种可能的设计中，在叠压多层线路之前，还可以制备第一生坯，对第一生坯进行冲孔操作；并，制备第二生坯，对第二生坯进行冲孔操作。然后，交替叠压进行冲孔操作后的第一生坯和第二生坯；接着，进行过孔填充和丝网印刷操作，得到多层线路。
在一种可能的设计中，具体可通过如下方式制备第一生坯：对微晶玻璃-陶瓷浆料进行球磨和流延操作后得到第一生坯；同样地，具体可通过如下方式制备第二生坯：对低温玻璃-陶瓷浆料进行球磨和流延操作后得到第二生坯。
第三方面，本申请实施例提供一种功率模块，该功率模块应用于适配器或逆变器中，包括第一方面及其任一种可能设计中提供的陶瓷基板以及至少一个器件，所述陶瓷基板用于承载所述至少一个器件。
另外，第二方面提供的陶瓷基板的制备方法可用于制备第一方面提供的陶瓷基板，第二方面中任一种可能设计方式所带来的技术效果可参见第一方面中不同设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种陶瓷基板的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的第一种功率器件和控制器件的分布示意图；
图3为本申请实施例提供的第二种功率器件和控制器件的分布示意图；
图4为本申请实施例提供的第三种功率器件和控制器件的分布示意图；
图5为本申请实施例提供的一种陶瓷基板上放置功率器件和控制器件的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种控制器件和功率器件通过陶瓷基板连接的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种第一金属线路层的设计路线的示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种陶瓷基板的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种陶瓷基板的制备方法的流程示意图；
图10为本申请实施例提供的另一种陶瓷基板的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种陶瓷基板、陶瓷基板的制备方法及功率模块，用以解决现有技术中存在的陶瓷基板结构复杂、占用面积大的问题。
需要说明的是，本申请中所涉及的多个，是指两个或两个以上。另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。
参见图1，为本申请实施例提供的陶瓷基板的结构示意图。该陶瓷基板100包括：
陶瓷裸板101。
形成于陶瓷裸板101上的第一金属线路层102。其中，第一金属线路层102上的部分区域用于放置功率器件。
混合多层板结构103。其中，混合多层板结构103的一部分位于第一金属线路层102上，混合多层板结构103的另一部分位于陶瓷裸板101上，混合多层板结构103用于放置控制器件，控制器件包含第一部分控制器件和第二部分控制器件，第一部分控制器件通过混合多层板结构103以及第一金属线路层102实现与功率器件的连接，第二部分控制器件通过混合多层板结构103实现与第一部分控制器件的连接。
本申请实施例中，第一金属线路层102上的部分区域用于放置功率器件，从图1不难看出，该部分区域是指第一金属线路层102上未被混合多层板结构103覆盖的区域。此外，混合多层板结构103的一部分位于第一金属线路层102上、另一部分位于陶瓷裸板101上，其含义可以是：混合多层板结构103覆盖在第一金属线路层102上未放置功率器件的区域以及，覆盖在陶瓷裸板101上未被第一金属线路层102覆盖的区域。
其中，陶瓷裸板101的种类包括但不限于采用氧化铝、氧化锆、氧化锆增韧氧化铝、氮化铝等常用陶瓷制成的陶瓷板。
在陶瓷基板100中，第一金属线路层102可以通过在陶瓷裸板101上丝印银(Ag)浆料制备得到，其厚度可以是0～1盎司(OZ)。陶瓷裸板101可以为已烧结的Al2O3陶瓷。
需要说明的是，在图1所示的陶瓷基板100中，左半部分用于放置功率器件，右半部分用于放置控制器件，其俯视图可以如图2所示。需要说明的是，图2中的两个箭头仅用于示意功率器件可以和控制器件实现电气连接，并不代表真实的连接线。此外，也不限定功率器件的数量和控制器件的数量，即功率器件的数量可以为一个或多个，控制器件的数量也可以为一个或多个。
实际实现时，本申请实施例中的功率器件和控制器件的分布形式并不限定为图1或图2所示的左右分布形式。只要功率器件和控制器件可以实现电气连接即可。
示例性地，如图3所示，为陶瓷基板100的俯视图的一个示例。图3中隐去了陶瓷基板100中的第一金属线路层102和混合多层板结构103，并示出了陶瓷基板100上放置的功率器件和控制器件。由图3可以看出，控制器件分布在功率器件的四周。
示例性地，如图4所示，为陶瓷基板100的俯视图的一个示例。图4中隐去了陶瓷基板100中的第一金属线路层102和混合多层板结构103，并示出了陶瓷基板100上放置的功率器件和控制器件。由图4可以看出，控制器件放置在陶瓷基板100的右上角区域，功率器件放置在陶瓷基板100的其他区域上。
在下面对本申请实施例的描述和解释中，以图2所示的功率器件和控制器件呈左右分布的形式进行解释说明。功率器件和控制器件呈其他分布形式时的实现方式与呈左右分布形式时的实现方式类似，本申请实施例中将不再赘述。
本申请实施例中，陶瓷基板100上可放置功率器件和控制器件。具体地，功率器件放置在第一金属线路层102的部分区域上，控制器件放置在多层线路板结构103上。本申请实施例中对陶瓷基板100上放置的功率器件的数量不做限定，同时，对陶瓷基板100上放置的控制器件的数量也不做限定。
实际实现时，在图1所示的陶瓷基板100上放置功率器件和控制器件的示意图，可以如图5所示。不难理解，由于第一部分控制器件通过混合多层板结构103和第一金属线路层102实现与功率器件的连接，因而第一部分控制器件可以放置在混合多层板结构103中与第一金属线路层102对应的区域；由于第二部分控制器件通过混合多层板结构103实现与第一部分控制器件的连接，因而第二部分控制器件可以放置在混合多层板结构103中与陶瓷裸板101对应的区域。
本申请实施例中，第一部分控制器件通过混合多层板结构103以及第一金属线路层102实现与功率器件的连接，第二部分控制器件通过混合多层板结构103实现与第一部分控制器件的连接。也就是说，控制回路和功率回路之间的电气连接，需要通过第一金属线路层102以及混合多层板结构103实现。其中，混合多层板结构103中可以包含多层线路，例如可以包含两层线路、四层线路、六层线路等。
通过混合多层板103的内部结构，可以实现第一部分控制器件与第一金属线路层102连接，又由于金属线路层与功率器件连接，因而可以实现第一部分控制器件与功率器件连接；这种实现第一部分控制器件和功率器件连接的方式，与现有技术中采用粗铝线、金线等引线实现控制回路和功率回路之间的电气连接的方式相比，可以简化陶瓷基板的结构、减小整个功率模块的占用面积，有利于模块小型化。
通过混合多层板结构103的内部结构，可以实现第一部分控制器件与第二部分控制器件连接。这种实现第一部分控制器件和第二部分控制器件连接的方式，可以使得控制回路的布线立体化，从而减小控制回路的布线面积、降低布线复杂度。
示例性地，若混合多层板结构103中包含四层线路、第一部分控制器件的数量为两个、第二部分控制器件的数量为一个、功率器件的数量为两个，则控制器件和功率器件通过陶瓷基板100连接的方式可以如图6所示。
图6中，两个第一部分控制器件(即控制器件1和控制器件2)均直接通过混合多层板结构103与第一金属线路层102连接，进而通过第一金属线路层102分别与功率器件1和功率器件2连接；同时，通过在混合多层板结构103内部结构中的布线(比如图6中混合多层板结构103中的虚线)，可以使得第二部分控制器件(即控制器件3)与控制器件2连接，进而与功率器件2连接。在图6的示例中，功率器件1由控制器件1控制，功率器件2由控制器件2和控制器件3控制。
需要说明的是，图6所示的陶瓷基板仅仅为一种示例。实际实现时，对陶瓷基板100上布置的控制器件的数量和功率器件的数量均不做具体限定。对用于控制某个功率器件的控制器件的数量也不做具体限定，例如，可以由一个控制器件控制多个功率器件，也可以由多个控制器件来控制一个功率器件，也可以由一个控制器件来控制一个功率器件。实际实现时，可以根据控制器件与功率器件的控制关系来设计第一金属线路层102以及混合多层板103的内部结构及布线。
此外，对于控制器件来说，第二部分控制器件的数量可以为多个、可以为一个、也可以为零个。当第二部分控制器件的数量为零时，每个控制器件均直接通过混合多层板结构103与第一金属线路层102连接，进而与功率器件连接。
具体实现时，第一金属线路层102可根据设计线路覆盖于陶瓷裸板101；第一部分控制器件经由混合多层板结构103以及设计线路，实现与功率器件的连接。
其中，设计线路是根据功率器件和控制器件的数量、以及控制器件与功率器件的控制关系等信息预先设计的。示例性地，对于图6所示的控制器件和功率器件通过陶瓷基板100连接的方式来说，第一金属线路层102的设计线路可以如图7所示。图7中，用于连接功率器件1和控制器件1的粗实线，以及用于连接功率器件2和控制器件2的粗实线代表第一金属线路层102，第一金属线路层102的走线可以视为设计线路。
第一金属线路层根据设计线路覆盖于陶瓷裸板，可以使得功率器件和控制器件通过设计线路上覆盖的第一金属线路层102实现电气连接。
此外，在图1所示的陶瓷基板100中，还可以包括形成于第一金属线路层102的部分区域上的第二金属线路层，该第二金属线路层可用于放置功率器件。其中，第一金属线路层102的部分区域即前述用于放置功率器件的区域。
也就是说，第二金属线路层可视为上述部分区域上的第一金属线路层102的增厚层。通过第二金属线路层，可以实现上述部分区域上的金属线路层增厚。由于功率器件一般对电流的需求较大，因而可通过设置第二金属线路层来提升金属线路层的载流能力，从而降低功率器件中流经较大电流时将金属线路层烧坏的风险。
在图1所示的陶瓷基板100中增加第二金属线路层后，该陶瓷基板100可如图8所示。
第二金属线路层可以通过电镀镍和铜等金属制备得到。第二金属线路层的厚度可以是3～10盎司(OZ)。
本申请实施例中，混合多层板结构103可通过交替叠压的第一生坯和第二生坯制备得到。
具体地，可分别对不同材料制备得到的第一生坯和第二生坯进行冲孔操作；然后，交替叠压进行冲孔操作后的第一生坯和第二生坯；接着，进行过孔填充和丝网印刷操作，得到多层线路。将多层线路与陶瓷裸板101、第一金属线路层102和多层线路进行共烧后，多层线路即转化为混合多层板结构103。
可选地，第一生坯可由微晶玻璃-陶瓷浆料制成，第二生坯可由低温玻璃-陶瓷浆料制成。
采用上述制备混合多层板结构103的方式，由于第一生坯和第二生坯的原料不同，因而第一生坯和第二生坯的烧结时间不同步，从而使得烧结得到的混合多层板结构103在烧结过程中沿陶瓷裸板101的方向不收缩，并且使得陶瓷浆料能润湿陶瓷裸板101的表面，实现混合多层板结构103与陶瓷裸板101的良好粘结。
需要说明的是，本申请实施例中，不仅可以在陶瓷裸板101的单面设置混合多层板结构，还可以在陶瓷裸板101的双面均设置混合多层板结构，从而可以进一步简化控制回路的布线复杂度。若仅在陶瓷裸板101的单面设置混合多层板结构，则可在陶瓷裸板101的另一面贴散热器，促进功率器件散热。
以上是对本申请实施例提供的陶瓷基板100的介绍。本申请实施例提供的陶瓷基板100中，第一部分控制器件通过混合多层板结构以及第一金属线路层实现与功率器件的电气连接、第二部分控制器件通过混合多层板结构实现与第一部分控制器件的电气连接，因而采用陶瓷基板100，通过混合多层板103的内部结构，即可实现第一部分控制器件与第一金属线路层102连接，又由于第一金属线路层与功率器件连接，因而可以实现第一部分控制器件与功率器件连接；这种实现第一部分控制器件和功率器件连接的方式，与现有技术中采用粗铝线、金线等引线实现控制回路和功率回路之间的电气连接的方式相比，可以简化陶瓷基板的结构、减小整个功率模块的占用面积，有利于模块小型化。同样地，采用陶瓷基板100，通过混合多层板结构103的内部结构即可实现第一部分控制器件与第二部分控制器件的电气连接。这种实现第一部分控制器件和第二部分控制器件连接的方式，可以使得控制回路的布线立体化，从而减小控制回路的布线面积、降低布线复杂度。
因此，采用本申请实施例提供的陶瓷基板100，可以通过混合多层板结构103的内部结构以及陶瓷基板100中预先设计的第一金属线路层102实现功率回路和控制回路的电气连接，从而简化陶瓷基板的结构、减小控制回路的布线面积、降低布线复杂度。
基于以上实施例，本申请实施例还提供一种陶瓷基板的制备方法，该方法可用于制备图1所示的陶瓷基板100。如图9所示，该方法包括如下步骤：
S901：在陶瓷裸板上丝印浆料，制备覆盖于陶瓷裸板之上的第一金属线路层，形成第一样品。
其中，第一金属线路层上的部分区域用于放置功率器件。陶瓷裸板可以是已烧结的氧化铝陶瓷。
具体地，S901中，在陶瓷裸板上丝印银浆料，制备覆盖于陶瓷裸板之上的第一金属线路层，具体可通过如下方式实现：根据设计线路在陶瓷裸板上丝印银浆料，制备覆盖于陶瓷裸板之上的第一金属线路层。该第一金属线路层的厚度可以是0～1盎司(OZ)。
其中，设计线路是根据功率器件和控制器件的数量、以及控制器件与功率器件的控制关系等信息预先设计的。第一金属线路层根据设计线路覆盖于陶瓷裸板，可以使得功率器件和控制器件通过设计线路上覆盖的第一金属线路层102实现电气连接。
S902：在陶瓷裸板以及第一金属线路层上除部分区域之外的区域上叠压多层线路，形成第二样品。
S902中，在陶瓷裸板上叠压多层线路可形成第二样品。在陶瓷裸板以及第一金属线路层上除部分区域之外的区域上叠压多层线路时，可采用低温共烧陶瓷基板(lowtemperature co-fired ceramic，LTCC)或高温共烧陶瓷基板(high temperature co-fired ceramic，HTCC)的工艺进行叠压。其中，该部分区域即为前述第一金属线路层上用于放置功率器件的部分区域。
具体地，多层线路可通过如下方式制备得到：制备第一生坯，并对第一生坯进行冲孔操作；并，制备第二生坯，并对第二生坯进行冲孔操作。第一生坯和第二生坯制备得到后，交替叠压进行冲孔操作后的第一生坯和第二生坯；进行过孔填充和丝网印刷操作，得到多层线路。
其中，第一生坯可通过对微晶玻璃-陶瓷浆料进行球磨和流延操作后制备得到，第二生坯可通过对低温玻璃-陶瓷浆料进行球磨和流延操作后制备得到。本申请实施例中对制备第一生坯和第二生坯的顺序不做具体限定，既可以先制备第一生坯再制备第二生坯，也可先制备第二生坯再制备第一生坯。
示例性地，用于制备第一生坯的微晶玻璃-陶瓷浆料可选取MgO-Al2O3-SiO2-ZnO-TiO2系微晶玻璃，其中TiO2为晶核剂，与Al2O3粉体配成玻璃陶瓷粉末，其中玻璃占比50wt％，Al2O3占比50wt％；用于制备第二生坯的低温玻璃-陶瓷浆料可选取SrO-Al2O3-SiO2-BaO系常规低温玻璃。
采用上述制备多层线路的方式，由于第一生坯和第二生坯的原料不同，因而第一生坯和第二生坯的烧结时间不同步，从而使得多层线路经过S903操作后，烧结得到的混合多层板结构在烧结过程中沿陶瓷裸板的方向不收缩，并且使得陶瓷浆料能润湿陶瓷裸板的表面，实现混合多层板结构与陶瓷裸板的良好粘结。
S903：对第二样品进行共烧，形成陶瓷基板。
其中，陶瓷基板包含陶瓷裸板、第一金属线路层以及由多层线路共烧后形成的混合多层板结构，该混合多层板结构用于放置控制器件，控制器件包含第一部分控制器件和第二部分控制器件，第一部分控制器件通过混合多层板结构以及第一金属线路层实现与功率器件的连接，第二部分控制器件通过混合多层板结构实现与第一部分控制器件的连接。
此外，在执行S903对第二样品进行共烧，形成陶瓷基板之后，还可以在第一金属线路层的部分区域上进行电镀操作，得到第二金属线路层，该第二金属线路层用于放置功率器件。其中，该部分区域即为前述用于放置功率器件的部分区域。
具体地，可通过电镀镍(Ni)和铜(Cu)来制备第二金属线路层。例如，先电镀1μm的Ni层，然后利用黄光制程在混合多层板结构对应区域作保护层，最后在第一金属线路层的部分区域上电镀5盎司(OZ)Cu，从而形成第二金属线路层。
第二金属线路层可视为第一金属线路层在上述部分区域上的增厚层。通过第二金属线路层，可以实现上述部分区域上的金属线路层增厚。由于功率器件一般对电流的需求较大。因而可通过电镀第二金属线路层来提升金属线路层的载流能力，从而降低功率器件中流经较大电流时将金属线路层烧坏的风险。
需要说明的是，图9所示的方法可用于制备图1所示的陶瓷基板100，图9所示方法中未详尽描述的实现方式可参见图1所示的陶瓷基板100中的相关描述。
基于以上实施例，本申请还提供一种陶瓷基板的制备方法，该方法可视为图9所示方法的一个具体示例。该方法可包括如下步骤：
1、选用已烧结的、尺寸为100mm*50mm*0.63mm的氧化铝陶瓷作为陶瓷裸板，用去离子水超声清洗5min，再用无水乙醇清洗5min，将陶瓷裸板取出干燥后备用。
其中，在对陶瓷裸板进行超声清洗之前，还可将陶瓷裸板在空气中1400℃保温1h进行预氧化，从而提高制备得到的陶瓷基板的热导率。
2、在陶瓷裸板表面丝印Ag浆料，根据设计线路覆盖于陶瓷裸板，形成第一金属线路层，厚度约为1/2盎司(OZ)，在烘箱中150℃保持10min烘干备用。
3、制备第一生坯，具体步骤如下：选取MgO-Al2O3-SiO2-ZnO-TiO2系微晶玻璃，其中TiO2为晶核剂，与Al2O3粉体配成玻璃陶瓷粉末，其中玻璃占50wt％，Al2O3占50wt％；将玻璃陶瓷粉末、溶剂甲苯和分散剂三油酸甘油酯在球磨机中球磨4h，然后加入粘结剂PVB、增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，再球磨8h，加入消泡剂正丁醇，最后球磨0.5h，真空脱泡0.5h，获得微晶玻璃-陶瓷浆料。将浆料流延成厚度50μm的第一生坯，备用。
4、制备第二生坯，具体步骤与制备第一生坯的步骤相同，不同的是，制备第二生坯的原料选用SrO-Al2O3-SiO2-BaO系常规低温玻璃。
5、按设计好的图形，对两种生坯进行冲孔，然后逐层进行过孔填充和印刷布线图形。
其中，填电气过孔的导体浆料为Ag导体浆料，布线图形采用Ag导体浆料。
6、按照第二生坯、第一生坯、第二生坯、第一生坯的顺序，在陶瓷裸板的对应位置依次叠层；用温水等静压机压合，参数为85℃，30MPa保压20min，得到多层线路。
7、对步骤6制备得到的样品进行共烧操作，具体步骤如下：以1℃/min的速度升温至690℃，保温60min，进行排胶，并使得第一生坯中的玻璃成分晶化，生成大量的美铝尖晶石(MgAl2O4)微小晶体，提供较高的机械强度，保证第二生坯在整个烧结过程中沿陶瓷裸板方向上不收缩；然后，以3℃/min的速度升温至860℃保温30min，第二生坯中常规玻璃软化、熔化润湿氧化铝粉末完成烧结，并渗透到第一生坯的多孔结构中促进第一生坯的致密化，实现多层线路层的零收缩烧结；同时玻璃也渗透到陶瓷裸板上，润湿陶瓷裸板表面，实现良好粘结。保温结束后，随炉冷却，获得混合多层板结构。
8、在电镀1μm Ni层；然后利用黄光制程在混合多层板结构对应区域作保护层，最后在第一金属线路层的部分区域上电镀5盎司(OZ)Cu，实现其金属线路层增厚，得到陶瓷基板。
上述陶瓷基板的制备方法的流程图可以如图10所示。图10中，丝印Ag浆料操作可视为上述步骤2；球磨和流延操作可视为上述步骤3(或步骤4)，即制备第一生坯和第二生坯均可通过球磨和流延操作进行；冲孔、印刷电气过孔和布线图形操作可视为上述步骤5；叠层和压合操作可视为上述步骤6；共烧操作可视为上述步骤7；电镀操作可视为上述步骤8。
需要说明的是，图10所示方法可视为图9所示方法的一个具体示例，例如步骤2可视为S901的一个具体示例，步骤6可视为S902的一个具体示例，步骤7可视为S903的一个具体示例。因此，图10所示方法中未详尽描述的实现方式可参见图9所示方法中的相关描述。
此外，本申请实施例还提供一种功率模块，该功率模块应用于适配器或逆变器中，包括图1所示的陶瓷基板100以及至少一个器件，陶瓷基板100用于承载所述至少一个器件。
综上，本申请实施例提供一种陶瓷基板、陶瓷基板的制备方法及功率模块，采用本申请实施例提供的方案，可以简化陶瓷基板的结构、减小控制回路的布线面积、降低布线复杂度。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷基板包括：
陶瓷裸板；
形成于所述陶瓷裸板上的第一金属线路层，所述第一金属线路层上的部分区域用于放置功率器件；
混合多层板结构，所述混合多层板结构的一部分位于所述第一金属线路层上，所述混合多层板结构的另一部分位于所述陶瓷裸板上，所述混合多层板结构用于放置控制器件，所述控制器件包含第一部分控制器件和第二部分控制器件，所述第一部分控制器件通过所述混合多层板结构以及所述第一金属线路层实现与所述功率器件的连接，所述第二部分控制器件通过所述混合多层板结构实现与所述第一部分控制器件的连接。
2.如权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，还包括：
形成于所述第一金属线路层的部分区域上的第二金属线路层，所述第二金属线路层用于放置所述功率器件。
3.如权利要求1或2所述的陶瓷基板，其特征在于，所述第一金属线路层根据设计线路覆盖于所述陶瓷裸板；所述第一部分控制器件经由所述混合多层板结构以及所述设计线路，实现与所述功率器件的连接。
4.如权利要求1～3任一项所述的陶瓷基板，其特征在于，所述混合多层板结构通过交替叠压的第一生坯和第二生坯制备得到。
5.如权利要求4所述的陶瓷基板，其特征在于，所述第一生坯由微晶玻璃-陶瓷浆料制成，所述第二生坯由低温玻璃-陶瓷浆料制成。
6.一种陶瓷基板的制备方法，其特征在于，包括：
在陶瓷裸板上丝印浆料，制备覆盖于所述陶瓷裸板之上的第一金属线路层，形成第一样品；其中，所述第一金属线路层上的部分区域用于放置功率器件；
在所述陶瓷裸板以及所述第一金属线路层上除所述部分区域之外的区域上叠压多层线路，形成第二样品；
对所述第二样品进行共烧，形成所述陶瓷基板；其中，所述陶瓷基板包含所述陶瓷裸板、所述第一金属线路层以及由所述多层线路共烧后形成的混合多层板结构，所述混合多层板结构用于放置控制器件，所述控制器件包含第一部分控制器件和第二部分控制器件，所述第一部分控制器件通过所述混合多层板结构以及所述第一金属线路层实现与所述功率器件的连接，所述第二部分控制器件通过所述混合多层板结构实现与所述第一部分控制器件的连接。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在对所述第二样品进行共烧，形成所述陶瓷基板之后，还包括：
在所述第一金属线路层的部分区域上进行电镀操作，得到第二金属线路层，所述第二金属线路层用于放置所述功率器件。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在陶瓷裸板上丝印银浆料，制备覆盖于所述陶瓷裸板之上的第一金属线路层，包括：
根据设计线路在所述陶瓷裸板上丝印银浆料，制备覆盖于所述陶瓷裸板之上的第一金属线路层。
9.如权利要求6～8任一项所述的方法，其特征在于，在所述陶瓷裸板以及所述第一金属线路层上除所述部分区域之外的区域上叠压多层线路之前，还包括：
制备第一生坯，对所述第一生坯进行冲孔操作；并，
制备第二生坯，对所述第二生坯进行冲孔操作；
交替叠压进行冲孔操作后的所述第一生坯和所述第二生坯；
进行过孔填充和丝网印刷操作，得到所述多层线路。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，制备第一生坯，包括：
对微晶玻璃-陶瓷浆料进行球磨和流延操作后得到所述第一生坯；
制备第二生坯，包括：
对低温玻璃-陶瓷浆料进行球磨和流延操作后得到所述第二生坯。
11.一种功率模块，应用于适配器或逆变器中，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的陶瓷基板和至少一个器件，所述陶瓷基板用于承载所述至少一个器件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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