CN114388491A - 一种高导热厚膜基片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高导热厚膜基片及其制备方法，属于混合集成电路领域。包括厚膜基片本体、导带或阻带、芯片焊接区、导热凹孔、磁控溅射层、金锡焊料层、铜块、填充层、背面金属化层。导带或阻带、芯片焊接区位于厚膜基片本体正面表面，背面金属化层位于厚膜基片背面，导热凹孔位于厚膜基片背面正对表面芯片焊接区的区域，磁控溅射层为在陶瓷凹孔底部的耐高温金属膜层，金锡焊料层为铜块与凹孔底部的耐高温金属膜层之间的焊接层，铜块位于凹孔中，纳米金浆料填充层位于铜块与凹孔的间隙中。采用激光开凹孔。在不影响其电路载体功能的情况下，通过改变氧化铝厚膜基片的结构，从而增加厚膜基片的导热效率。广泛应用于功率混合集成电路中作高导热性能厚膜基片。
Description
技术领域
本发明属于混合集成电路领域，进一步来说涉及厚膜混合集成电路领域，具体来说，涉及一种高导热厚膜基片的制备方法。
背景技术
在厚膜混合集成电路中，厚膜基片(简称基片)作为厚膜混合集成电路载体，如图1所示，在基片上设计了电路通道、印刷了电容、电阻等系列元器件，同时在基片上贴装大量的有源或无源元器件；为了更充分的利用厚膜基片的空间，提高混合集成电路的集成度，在厚膜基片中做了很多的埋层电路。因此，电路在运行过程中产生的大量的热，需要快速散出电路工作区域，所以，在在厚膜混合集成电路中必须考虑基片的热导率，否则大量的热聚集会造成局部电路的烧毁，从而引发整个电路的失效。当前，在厚膜基片中的导热往往是从厚膜基片材质入手，例如将氧化铝基片转变成氮化铝基片、或者转变成碳化硅基片、或者转化成复合基片(瓷釉金属基片、等离子喷涂基片等)。这些方案都是改变材料属性来进行的改善，然而材料属性的改变也伴随很多其它问题的到来，例如比重较氧化铝大，寄生电容大，难成型，甚至材料剧毒等问题。另一方面，从结构上提升导热效率，也是解决基片散热主要研究的课题。因此，如何在氧化铝厚膜基片的结构上，提升其导热率，是该高导热厚膜基片所需要考虑的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是：在不影响其电路载体功能的情况下，通过改变氧化铝厚膜基片的结构，从而增加厚膜基片的导热效率。
本发明的发明构思是：在厚膜基片芯片粘接背面开导热凹孔，填入导热材料，从而对厚膜基片上芯片运行的热量进行高效导热。
为此，本发明提供一种高导热厚膜基片，如图1、图2所示。包括：厚膜基片本体，导带或阻带，芯片焊接区，导热凹孔，磁控溅射层，金锡焊料层，铜块，纳米金浆料填充层，厚膜基片背面金属化层。
所述导带或阻带、芯片焊接区位于厚膜基片本体正面表面。
所述厚膜基片背面金属化层位于厚膜基片背面。
所述导热凹孔位于厚膜基片背面正对表面芯片焊接区的区域，凹孔深度为使芯片粘接处的基片厚度达到150μm～200μm。
所述磁控溅射层为在陶瓷凹孔底部的耐高温金属膜层，厚度为100μm～150μm。
所述金锡焊料层为铜块与凹孔底部的耐高温金属膜层之间的焊接层。
所述铜块位于凹孔中，与凹孔壁的间隙小于0.1mm。
所述纳米金浆料填充层位于铜块与凹孔的间隙中。
本发明所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，包括：
(1)首先，按照常规工艺在厚膜基片(厚度1mm)正面与背面(铂银浆料)印刷完成烘干待用；
(2)根据厚膜基片上的芯片组装图1对芯片背面的基片位置进行预开孔。
(3)对预开孔的位置，采用激光开凹孔，使芯片粘接处的厚度达到200μm。
(4)采用磁控溅射在陶瓷凹孔中镀上Ti-Pt-Au膜层(厚度100μm)，该膜层即作为芯片下基片背面凹孔的散热器，也作为粘接层。
(5)在凹孔中采用金锡合金焊技术焊接裸铜块，裸铜块大小与凹孔大小相仿，裸铜块尾端恰好与基片在同一平面，
(6)采用纳米金浆料填充凹孔缝隙，在290℃下10分钟烘干。
(7)采用超声清洗烘干更改结构后的氧化铝厚膜基片。
(8)采用等离子清洗氧化铝厚膜基片，清洗完成备用。
通过上述步骤，一种高导热厚膜基片制备完成。
该发明的优点：
在不影响其电路载体功能的情况下，通过对厚膜基片的结构进行改进，提高了厚膜基片的热导率，从而提高散热效率，提升整体电路的热可靠性；可实现批量生产。
应用范围：广泛应用于功率混合集成电路中作高导热性能厚膜基片。
附图说明
图1为厚膜基片组装面平面布局示意图。
图2为本发明厚膜基片纵向结构示意图。
图中：
1为厚膜基片本体，2为导带1，3为导带2，4为芯片A，5为芯片B，6为导热凹孔，7 为磁控溅射区，8为金锡焊接裸铜区，9为铜块，10为纳米金浆料填充区，11为厚膜基片背面铂银层。
具体实施方式
结合图1、图2，下本发明实施例如下：
在一款大功率集成电路某54系列混合集成电路，由于该电路需要具备较高的导热性能，根据厚膜基片上芯片组装图1，故制备了图2的导热基片。具体制备步骤如下：
(1)首先，按照常规工艺在厚膜基片(厚度1mm)正面与背面(铂银浆料)印刷完成烘干待用；
(2)根据厚膜基片上的芯片组装图，对芯片背面的基片位置进行预开孔，大小与芯片尺寸相近；
(3)对预开孔的位置，采用激光开凹孔，凹孔的底部距离芯片粘接处的距离约为200 μm。
(4)采用磁控溅射在陶瓷凹孔中镀上Ti-Pt-Au膜层(厚度100μm)，该膜层即作为芯片下基片背面凹孔的底部散热器，也作为粘接层。
(5)在凹孔中采用金锡合金焊技术焊接裸铜块(360℃，2分钟真空烧焊，焊片为Au80Sn20焊片)，裸铜块大小与凹孔大小相仿(大约小0.1mm)，裸铜块尾端恰好与基片在同一平面；如果不在同一平面，采用砂纸打磨去除多余部分。
(6)采用纳米金浆料填充凹孔缝隙，在290℃下10分钟固化。
(7)采用超声清洗烘干更改结构后的氧化铝厚膜基片。
(8)采用等离子清洗(氮氢混合气体，氢占比3.5％)氧化铝厚膜基片，清洗完成备用。通过上述步骤，某54系列混合集成电路高导热厚膜基片制备完成，与原基片对比具备更高的导热率。
以上内容是结合最佳实施方案对本发明说做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的情况下，可以在细节上进行各种修改，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高导热厚膜基片，包括：厚膜基片本体，导带或阻带，芯片焊接区，导热凹孔，磁控溅射层，金锡焊料层，铜块，纳米金浆料填充层，厚膜基片背面金属化层；
所述导带或阻带、芯片焊接区位于厚膜基片本体正面表面；
所述厚膜基片背面金属化层位于厚膜基片背面；
所述导热凹孔位于厚膜基片背面正对表面芯片焊接区的区域，凹孔深度为使芯片粘接处的基片厚度达到150μm～200μm；
所述磁控溅射层为在陶瓷凹孔底部的耐高温金属膜层，厚度为100μm～150μm；
所述金锡焊料层为铜块与凹孔底部的耐高温金属膜层之间的焊接层；
所述铜块位于凹孔中，与凹孔壁的间隙小于0.1mm；
所述纳米金浆料填充层位于铜块与凹孔的间隙中。
2.如权利要求1所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，其特征在于，包括如下制备工艺：
(1)按照常规工艺在氧化铝厚膜基片正面印刷层带、阻带或焊盘，在厚膜基片背面印刷金属层，烘干待用；
(2)根据厚膜基片上的芯片组装图，在厚膜基片背面对对准正面芯片的区域，进行预开孔；
(3)对预开孔的位置，采用激光开凹孔，使芯片粘接处的厚度达到150μm～200μm；
(4)采用磁控溅射在陶瓷凹孔中镀上耐高温金属膜层，厚度为100μm～150μm；
(5)在凹孔中采用金锡合金焊技术焊接裸铜块，裸铜块大小与凹孔大小相仿，裸铜块尾端恰好与基片背面在同一平面；
(6)采用纳米金浆料填充凹孔缝隙，在250℃～300℃下烘干；
(7)采用超声清洗烘干更改结构后的氧化铝厚膜基片；
(8)采用等离子清洗氧化铝厚膜基片，清洗完成备用。
3.如权利要求2所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，其特征在于，所述厚膜基片的材料为微晶玻璃、三氧化二铝、氮化铝或氧化铍。
4.如权利要求2所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，其特征在于，所述厚膜基片的厚度为1mm。
5.如权利要求2所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，其特征在于，所述厚膜基片背面金属层为铂银合金。
6.如权利要求2所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，其特征在于，所述耐高温金属膜层为Ti-Pt-Au膜层，厚度为100μm～150μm左右。
7.如权利要求2所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，其特征在于，所述纳米金浆料的烘干条件为:290℃、10分钟。
8.如权利要求2所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，其特征在于，所述裸铜块与金锡合金焊接条件为：焊片为Au80Sn20焊片，360℃下真空烧焊2分钟，裸铜块与凹孔间距小于0.1mm。
9.如权利要求2所述的一种高导热厚膜基片的制备方法，其特征在于，所述等离子清洗用气体为氢占比3.5％的氮氢混合气体。
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