CN110012597A - 一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法。所述方法首先采用丝网印刷工艺在陶瓷基片表面印制一层活性金属焊接层；再在所述活性金属焊接层表面制备具有不同厚度的金属铜箔；然后采用光刻工艺在所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，形成所述陶瓷覆铜电路板。由于本发明采用活性钎焊技术直接获得具有不同金属层厚度的陶瓷覆铜电路板，因此可以避免高功率电力电子模块器件双面封装时需要焊接一层金属垫高层的做法，从而可以避免高温焊料难以选择的问题，以及避免多一层焊接层导致的器件不可靠的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高功率电子封装技术领域，特别是涉及一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法。
背景技术
高功率电力电子器件和模块广泛应用于电动汽车、可再生能源、电力机车及智能电网等电能变换领域。陶瓷覆铜电路板是将高导电无氧铜在高温下直接键合或钎焊到陶瓷表面或直接电镀铜层到陶瓷上而形成的一种复合金属陶瓷基板，它既具有陶瓷的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低热膨胀系数等特性，又具有无氧铜金属的高导电性和优异的焊接性能，并能像PCB(Printed Circuit Board)线路板一样刻蚀出各种电路图形，是电力电子领域功率模块封装不可或缺的关键基础材料。
但是，目前陶瓷覆铜电路板表面的金属铜箔电路层厚度均是相同的。最新的采用无引线焊接的电力电子模块器件常采用上下两块具有电路图形的陶瓷电路板采用贴片焊料焊接而成，由于模块中不同芯片厚度不一致，采用此种焊接工艺时往往需要在陶瓷电路板上对应的薄芯片处，增加一层金属Cu(铜)箔，以填补两种不同厚度芯片带来的高度差异而影响后续的焊接工艺。这种做法不仅增加了寻找合适的更高温度梯度的焊接材料的难度，而且带来了因增加焊接层导致的模块不可靠概率增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法，以解决现有电力电子模块器件双面封装时需要焊接一层金属垫高层的做法导致的器件不可靠的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种陶瓷覆铜电路板，所述陶瓷覆铜电路板包括依次设置的陶瓷基片、活性金属焊接层和金属铜箔电路层；所述金属铜箔电路层包括多个不同厚度的金属铜箔；多个不同厚度的所述金属铜箔设置在所述活性金属焊接层表面；所述活性金属焊接层设置在所述陶瓷基片表面。
可选的，所述活性金属焊接层的厚度为5～100um。
可选的，所述金属铜箔的厚度为100～500um。
可选的，所述金属铜箔为包含电路图形的金属铜箔。
一种陶瓷覆铜电路板的制备方法，所述制备方法用于制备所述陶瓷覆铜电路板；所述制备方法包括：
准备陶瓷基片；
采用丝网印刷工艺在所述陶瓷基片表面印制活性金属焊接层；
在所述活性金属焊接层表面制备金属铜箔电路层，获得表面覆有不同厚度金属铜箔的陶瓷覆铜板；
采用光刻工艺在所述陶瓷覆铜板表面的所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，形成所述陶瓷覆铜电路板。
可选的，所述采用丝网印刷工艺在所述陶瓷基片表面印制活性金属焊接层，具体包括：
采用丝网印刷工艺，按照丝印网板中贴装图形在所述陶瓷基片表面印制一层厚度为5～100um的活性金属电子浆料湿膜；
将带有活性金属电子浆料湿膜的陶瓷基片放于真空烘箱中进行排胶，排除活性金属电子浆料湿膜中的有机溶剂，在所述陶瓷基片表面形成一层活性金属电子浆料干膜作为所述活性金属焊接层。
可选的，所述在所述活性金属焊接层表面制备金属铜箔电路层，获得表面覆有不同厚度金属铜箔的陶瓷覆铜板，具体包括：
将100～500um不同厚度的金属铜箔，裁剪成丝印网板中贴装图形后覆于所述活性金属焊接层表面；将质量块压于所述金属铜箔表面后，将表面覆有活性金属焊接层和不同厚度金属铜箔的陶瓷基片放于真空钎焊炉中进行第二次排胶和真空烧结，获得表面覆有不同厚度金属铜箔的陶瓷覆铜板。
可选的，所述采用光刻工艺在所述陶瓷覆铜板表面的所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，形成所述陶瓷覆铜电路板，具体包括：
将高粘度的液体光刻胶涂覆于所述陶瓷覆铜板表面后，进行固化、紫外光照、显影、腐蚀，在所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，得到所述陶瓷覆铜电路板。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法，首先采用丝网印刷工艺在陶瓷基片表面印制一层活性金属焊接层；再在所述活性金属焊接层表面制备具有不同厚度的金属铜箔；然后采用光刻工艺在所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，形成所述陶瓷覆铜电路板。由于本发明采用活性钎焊技术直接获得具有不同金属层厚度的陶瓷覆铜电路板，因此可以避免电力电子模块器件双面封装时需要焊接一层金属垫高层的做法，从而可以避免高温焊料难以选择，以及多一层焊接层导致的器件不可靠的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的陶瓷覆铜电路板的结构示意图；
图2为本发明准备的陶瓷基片的示意图；
图3为本发明在陶瓷基片表面丝网印刷活性金属焊接层的示意图；
图4为本发明在活性金属焊接层表面制备金属铜箔电路层的示意图；
图5为本发明在陶瓷覆铜板表面涂覆光刻胶的示意图；
图6为本发明进行光刻胶曝光显影的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法，以解决现有电力电子模块器件双面封装时需要焊接一层金属垫高层的做法导致的器件不可靠的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的陶瓷覆铜电路板的结构示意图。参见图1，本发明提供的陶瓷覆铜电路板包括：依次设置的陶瓷基片10、活性金属焊接层20和金属铜箔电路层30。所述金属铜箔电路层30包括多个不同厚度的金属铜箔，不同厚度的金属铜箔上还可以刻有电路图形。例如所述金属铜箔电路层30包括厚度较薄的第一金属铜箔301、厚度较厚的第二金属铜箔302以及包含电路图形的第三金属铜箔303。多个不同厚度的所述金属铜箔设置在所述活性金属焊接层20表面；所述活性金属焊接层20设置在所述陶瓷基片10表面。
其中，所述活性金属焊接层20的厚度为5～100um。所述金属铜箔的厚度为100～500um。
所述陶瓷覆铜电路板的制备方法包括以下步骤：
步骤1：准备陶瓷基片；如图2所示。
本发明提出的方法是在陶瓷基片10表面制备具有不同厚度的金属铜层，从而获得所需的陶瓷覆铜电路板。
步骤2：采用丝网印刷工艺在所述陶瓷基片表面印制活性金属焊接层。
如图3所示，将一种包含活性烧结助剂的Cu/Ag复合电子浆料用丝网印刷工艺将其按照丝印网板中的贴装图形直接印制在所述陶瓷基片10上，获得与贴装图形图案一致的厚度为5～100um的活性金属电子浆料湿膜。
将带有活性金属电子浆料湿膜的陶瓷基片放于真空烘箱中进行排胶，排除电子浆料湿膜中的有机溶剂，在所述陶瓷基片10表面形成一层活性金属电子浆料干膜作为所述活性金属焊接层20。
步骤3：在所述活性金属焊接层表面制备金属铜箔电路层，获得表面覆有不同厚度金属铜箔的陶瓷覆铜板。
如图4所示，将100～500um不同厚度的金属铜箔，裁剪成丝印网板中的贴装图形后覆于所述活性金属焊接层20(活性金属电子浆料干膜)表面，形成金属铜箔电路层30。所述金属铜箔电路层30图案与所述贴装图形以及所述活性金属焊接层20的图案一致。
将质量块压于所述金属铜箔表面后，将表面覆有活性金属焊接层20和金属铜箔电路层30的陶瓷基片10放于真空钎焊炉中进行第二次排胶和真空烧结，获得表面覆有不同厚度金属铜箔的陶瓷覆铜板，如图4所示。
步骤4：采用光刻工艺在所述陶瓷覆铜板表面的所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，形成所述陶瓷覆铜电路板。
如图5所示，将高粘度的液体光刻胶40涂覆于所述陶瓷覆铜板表面后，进行固化、紫外光照、显影，获得如图6所示的陶瓷覆铜板结构。对图6所示的陶瓷覆铜板结构进行铜箔腐蚀，在需要刻蚀电路图形的金属铜箔上刻蚀出对应的电路图形后，去除光刻胶40，得到如图1所示陶瓷覆铜电路板。如图1所示，所述陶瓷覆铜电路板的所述金属铜箔电路层30中就包括有多个不同厚度的金属铜箔301、302，以及厚度不同且刻有电路图形的金属铜箔303，得到表面覆有不同厚度金属层的陶瓷覆铜电路板。
本发明采用高温活性金属钎焊(Active Metal Bonding，AMB)技术直接获得表面覆有不同厚度金属层的陶瓷覆铜电路板，可以避免高功率电力电子模块、器件双面封装结构中需要焊接一层金属垫高层的做法，从而可以避免高温焊料难以选择的问题，同时避免多一层焊接层带来的器件不可靠的问题。此外采用AMB技术制得的陶瓷覆铜电路板键合强度高，中间存在一层活性钎焊缓冲层，可缓解陶瓷与金属之间因热膨胀系数不匹配带来的热应力，因此具有更高的耐高低温热冲击性能，提高了高低温循环可靠性。本发明提供的表面覆有不同厚度金属层的陶瓷覆铜电路板及其制备方法可以在高压高功率电力机车和电网应用的高功率模块封装中进行应用。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种陶瓷覆铜电路板，其特征在于，所述陶瓷覆铜电路板包括依次设置的陶瓷基片、活性金属焊接层和金属铜箔电路层；所述金属铜箔电路层包括多个不同厚度的金属铜箔；多个不同厚度的所述金属铜箔设置在所述活性金属焊接层表面；所述活性金属焊接层设置在所述陶瓷基片表面。
2.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜电路板，其特征在于，所述活性金属焊接层的厚度为5～100um。
3.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜电路板，其特征在于，所述金属铜箔的厚度为100～500um。
4.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜电路板，其特征在于，所述金属铜箔为包含电路图形的金属铜箔。
5.一种陶瓷覆铜电路板的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1所述的陶瓷覆铜电路板；所述制备方法包括：
准备陶瓷基片；
采用丝网印刷工艺在所述陶瓷基片表面印制活性金属焊接层；
在所述活性金属焊接层表面制备金属铜箔电路层，获得表面覆有不同厚度金属铜箔的陶瓷覆铜板；
采用光刻工艺在所述陶瓷覆铜板表面的所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，形成所述陶瓷覆铜电路板。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述采用丝网印刷工艺在所述陶瓷基片表面印制活性金属焊接层，具体包括：
采用丝网印刷工艺，按照丝印网板中的贴装图形在所述陶瓷基片表面印制一层厚度为5～100um的活性金属电子浆料湿膜；
将带有活性金属电子浆料湿膜的陶瓷基片放于真空烘箱中进行排胶，排除活性金属电子浆料湿膜中的有机溶剂，在所述陶瓷基片表面形成一层活性金属电子浆料干膜作为所述活性金属焊接层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在所述活性金属焊接层表面制备金属铜箔电路层，获得表面覆有不同厚度金属铜箔的陶瓷覆铜板，具体包括：
将100～500um不同厚度的金属铜箔，裁剪成丝印网板中的贴装图形后覆于所述活性金属焊接层表面；将质量块压于所述金属铜箔表面后，将表面覆有活性金属焊接层和不同厚度金属铜箔的陶瓷基片放于真空钎焊炉中进行第二次排胶和真空烧结，获得表面覆有不同厚度金属铜箔的陶瓷覆铜板。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述采用光刻工艺在所述陶瓷覆铜板表面的所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，形成所述陶瓷覆铜电路板，具体包括：
将高粘度的液体光刻胶涂覆于所述陶瓷覆铜板表面后，进行固化、紫外光照、显影、腐蚀，在所述金属铜箔上刻蚀出电路图形，得到所述陶瓷覆铜电路板。
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