CN115799210A - 陶瓷覆铜板及功率模块的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种陶瓷覆铜板和功率模块的制备方法，所述陶瓷覆铜板包括陶瓷层和设于陶瓷层相对两侧的第一覆铜层和第二覆铜层。所述陶瓷覆铜板还包括保护框，保护框与第一覆铜层连接并环绕第一覆铜层的边缘设置，第一覆铜层背离所述陶瓷层的表面从保护框裸露。本申请所述陶瓷覆铜板和功率模块的制备方法，通过在第一覆铜层上设置保护框，能有效阻挡注塑成型时熔融的塑封料流至第一覆铜层，从而能改善溢胶问题，提高了产品良率。并且，保护框还能起到平衡应力以减少陶瓷覆铜板翘曲的作用，能提高陶瓷覆铜板的平整度。

Description

陶瓷覆铜板及功率模块的制备方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种陶瓷覆铜板及功率模块的制备方法。

背景技术

陶瓷覆铜板一般具有三层结构，顶层和底层可为金属铜层，中间层可为绝缘陶瓷层。陶瓷覆铜板根据制作工艺可分为直接键合铜-陶瓷基板(Direct Bonding Copper，DBC)和活性金属焊接陶瓷基板(Active Metal Brazing，AMB)等。由于具有耐高压、载流能力强、散热性能好的优势，陶瓷覆铜板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料，常应用在功率模块中以用于模块内部电路的布局以及芯片的承载等。

陶瓷覆铜板运用在包埋塑封结构的功率模块中时，通常将底层铜金属层露出以提升功率模块的散热效果。但这种封装结构的功率模块在注塑成型工艺中时，由于陶瓷覆铜板的翘曲及其与模具接触面的不完全贴合，容易产生溢胶风险。塑封料容易溢流到本该露出的底层铜金属四周，将影响功率模块的成型外观和性能。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种能改善溢胶问题的陶瓷覆铜板及应用该陶瓷覆铜板制备功率模块的方法。

本申请一实施方式提供一种陶瓷覆铜板，其包括陶瓷层和设于所述陶瓷层相对两侧的第一覆铜层和第二覆铜层。所述陶瓷覆铜板还包括保护框，所述保护框与所述第一覆铜层连接并环绕所述第一覆铜层的边缘设置，所述第一覆铜层背离所述陶瓷层的表面从所述保护框裸露。

一种实施方式中，所述保护框包括沿着所述第一覆铜层的边缘设置的侧壁，所述侧壁的厚度为0.5～1mm。

一种实施方式中，沿着所述陶瓷层和所述第一覆铜层的层叠方向，所述侧壁的高度为3～6mm。

一种实施方式中，所述保护框的材质包括金属。

一种实施方式中，所述陶瓷层的材质包括氧化铝或氮化铝。

本申请一实施方式提供一种功率模块的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供待封装的中间体，所述中间体包括如上所述的陶瓷覆铜板和设于所述陶瓷覆铜板上的电子元件和引脚；

将所述中间体放置于注塑模具中，所述注塑模具包括第一模具和第二模具，所述第一模具设有第一凹槽，所述中间体放置于所述第一凹槽内，所述第二模具设有注塑口；

将塑封料从所述注塑口注入，以形成封装壳体，所述封装壳体包覆所述电子元件、所述第二铜箔层和所述陶瓷层，所述引脚的部分从所述封装壳体内伸出，所述第一覆铜板背离所述陶瓷层的表面和所述保护框从所述封装壳体中裸露。

一种实施方式中，所述制备方法还包括：去除所述保护框以形成所述基板，对所述引脚进行定型。

一种实施方式中，所述第一凹槽的底部部分向内凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽用于容置所述保护框。

一种实施方式中，所述塑封料包括环氧树脂、氧化铝和导热填充材料。

一种实施方式中，所述导热填充材料包括氮化铝或氮化硼。

本申请所述陶瓷覆铜板和功率模块的制备方法，通过在所述第一覆铜层上设置保护框，能有效阻挡注塑成型时熔融的塑封料流至所述第一覆铜层，且就算陶瓷覆铜板存在翘曲或缝隙，所述保护框也能将熔融的塑封料阻挡在所述保护框之外，塑封料只能漫延在保护框上，从而能保障所述第一覆铜层的完整露出，改善了溢胶问题，提高了产品良率。并且，所述保护框还能起到平衡应力以减少陶瓷覆铜板翘曲的作用，能提高陶瓷覆铜板的平整度。

附图说明

图1为本申请一实施方式提供的陶瓷覆铜板的结构示意图。

图2为图1所示的覆铜陶瓷板的仰视图。

图3为图1所示的覆铜陶瓷板于一实施方式中的剖面示意图。

图4为本申请一实施方式提供的待封装的中间体的剖面示意图。

图5为将图4所示中间体置于注塑模具中进行注塑封装的剖面示意图。

图6为图5所示注塑模具的第一模具于一实施方式中的剖面示意图。

图7为注塑完成的中间体于一实施方式中的结构示意图。

图8为图7所示结构的仰视图。

图9为本申请一实施方式提供的功率模块的结构示意图。

图10为图9所示功率模块于一实施方式中的剖面示意图。

主要元件符号说明

陶瓷覆铜板 100

陶瓷层 10

第一覆铜层 11

第二覆铜层 12

保护框 20

侧壁 21

覆铜区 121

功率模块 1000

基板 101

电子元件 200

引脚 201

封装壳体 300

中间体 30

注塑模具 40

第一模具 41

第二模具 42

第一凹槽 411

第二凹槽 412

注塑口 421

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请实施例。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

这里参考剖面图描述本申请的实施例，这些剖面图是本申请理想化的实施例(和中间构造)的示意图。因而，由于制造工艺和/或公差而导致的图示的形状不同是可以预见的。因此，本申请的实施例不应解释为限于这里图示的区域的特定形状，而应包括例如由于制造而产生的形状的偏差。图中所示的区域本身仅是示意性的，它们的形状并非用于图示装置的实际形状，并且并非用于限制本申请的范围。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1至图3，本申请一方面提供一种陶瓷覆铜板100，其包括陶瓷层10和设于所述陶瓷层10相对两侧的第一覆铜层11和第二覆铜层12。所述陶瓷覆铜板100还包括保护框20，所述保护框20与所述第一覆铜层11连接并环绕所述第一覆铜层11的边缘设置，所述第一覆铜层11背离所述陶瓷层10的表面的部分从所述保护框20裸露。

在所述第一覆铜层11上设置保护框20，能有效阻挡注塑成型时熔融的塑封料(图未示)流至所述第一覆铜层11背离所述陶瓷层10的表面，且就算陶瓷覆铜板100存在翘曲或缝隙，所述保护框20也能将熔融的塑封料阻挡在所述保护框20之外，塑封料只能漫延在保护框20上，从而能保证所述第一覆铜层11的完整露出，提高了产品良率。并且，所述保护框20还能起到平衡应力以减少陶瓷覆铜板100翘曲的作用，能提高陶瓷覆铜板100的平整度。

如图1和图2所示，所述陶瓷层10、第一覆铜层11和第二覆铜层12大致为矩形形状。相应的，本实施方式中，所述保护框20大致为中空的矩形框架结构，所述保护框20由四条沿着所述第一覆铜层11的边缘设置的侧壁21围合而成。可以理解的是，在其它实施方式中，若所述第一覆铜层11为其它形状，则保护框20是由围绕该形状的边缘设置的若干条侧壁21围合而成的中空结构。

一些实施例中，所述侧壁21的厚度为0.5～1mm。沿着所述陶瓷层10和所述第一覆铜层11的层叠方向，所述侧壁21的高度可为3～6mm。如此，既能保证所述保护框20的稳定性，能平衡所述陶瓷覆铜板100的应力以减少陶瓷覆铜板100的翘曲，又能使制备所述保护框20的工艺条件简便高效。

一些实施例中，所述保护框20的材质可为但不限于金属等。例如，所述保护框20的材质可为铜(Cu)。所述保护框20的材质为金属，不但可以保证所述保护框20的稳定性以及平衡应力的作用，又能使所述保护框20在后续的操作中能方便地去除(例如，可通过镭射等方式去除)。

一些实施例中，所述陶瓷层10的材质可为但不限于氧化铝(Al₂O₃)或氮化铝(AlN)等绝缘陶瓷材料。

如图1所示，所述第二覆铜层12可包括多个间隔设置的覆铜区121。可以理解的是，可根据电子元件尺寸、焊线所需区域大小、端子焊接所需区域等确定所述第二覆铜层12中各覆铜区121的大小。可根据工艺要求和绝缘要求等设置相邻覆铜区121的间隙大小、第一覆铜层11或第二覆铜层12的边缘与陶瓷层10的边缘距离。

请参阅图4至图10，本申请另一方面提供一种应用上述陶瓷覆铜板100制备功率模块1000的方法。所述功率模块1000包括基板101、设于所述基板101上的电子元件200和引脚201、以及包覆所述基板101、电子元件200和引脚201的封装壳体300，所述引脚201可用于与外部元件(图未示)连接。所述功率模块1000还可以包括用于连接各个电子元件200和引脚201的绑线(图未示)。所述方法包括如下步骤。

步骤S10，请参阅图4，提供待封装的中间体30。所述中间体30包括如上所述的陶瓷覆铜板100和设于所述陶瓷覆铜板100上的电子元件200和引脚201。

具体的，所述电子元件200和引脚201设置于所述陶瓷覆铜板100的第二覆铜层12背离所述陶瓷层10的表面。所述电子元件200可为但不限于芯片等。将芯片设置于所述第二覆铜层12(各覆铜区121，参图1)上可采用本申请常规的芯片贴装方法，此处不再赘述。芯片与芯片之间的结合可通过但不限于引线键合、铜跳线工艺(Clip Bonding，又称为clip连接)等结合技术完成。

步骤S20，请参阅图5，将所述中间体30放置于注塑模具40中。所述注塑模具40包括第一模具41和与所述第一模具41相适配的第二模具42。所述第一模具41和第二模具42合模后形成注塑型腔，以实现注塑封装。

如图6所示，所述第一模具41设有第一凹槽411，所述第一凹槽411由所述第一模具41靠近所述第二模具42的表面部分向内凹陷形成，所述中间体30放置于所述第一凹槽411内。本实施方式中，所述第一模具41为下模，也称为母模或者静模，通过所述第一凹槽411容置所述中间体。

进一步地，所述第一凹槽411的底部部分向内凹陷形成第二凹槽412，所述第二凹槽用于容置所述保护框20(参图5)。

请参阅图5，所述第二模具42设有注塑口421，塑封料(图未示)自所述注塑口421注入至所述注塑模具40内。本实施方式中，所述第二模具42为上模，也称为公模或者动模。所述第二模具42的形状与封装壳体300的形状适配，以在注塑成型后，形成所述封装壳体300的外形。

步骤S30，请继续参阅图5，将塑封料从所述注塑口421注入，以形成封装壳体300。将所述注塑模具40移除，便得到如图7和图8所示的注塑完成的中间体30。

一些实施例中，所述塑封料包括环氧树脂、氧化铝和导热填充材料。进一步地，所述导热填充材料可为但不限于氮化铝或氮化硼。氮化铝和氮化硼的绝缘性较好，且导热率较高，耐热性及热传导性较佳，具有较高的传热散热能力。在制作封装壳体300时，可将环氧树脂、氧化铝、氮化硼或氮化铝等材料进行混料，然后加热后将熔融的塑封料注入所述注塑口421。

如图5所示，所述封装壳体300包覆所述电子元件200、第二覆铜层12和陶瓷层10，所述引脚201的部分从所述封装壳体300内伸出，所述第一覆铜层11背离所述陶瓷层10的表面和所述保护框20从所述封装壳体300中裸露。所述第一覆铜层11部分裸露在封装壳体300外，能提升所述功率模块1000的散热效果。并且，当所述功率模块1000的外部还设置散热器(图未示)时，所述第一覆铜层11裸露于所述封装壳体300外的表面可以更好地与散热器贴合，从而能进一步提高所述功率模块1000的散热效果。

如图5所示，在所述第一覆铜层11上设置保护框20，能有效阻挡注塑成型时熔融的塑封料流至所述第一覆铜层11，且就算陶瓷覆铜板100存在翘曲或缝隙，所述保护框20也能将熔融的塑封料阻挡在所述保护框20之外，塑封料只能蔓延在保护框20上，从而能保障所述第一覆铜层11的完整露出，提高了产品良率。

步骤S40，请参阅图9和图10，去除所述保护框20以形成所述基板101，对所述引脚201进行定型，得到所述功率模块1000。

具体的，可通过但不限于镭射的方式去除所述保护框20，所述陶瓷覆铜板100去除所述保护框20后便形成了所述基板101。如图10所示，所述基板101包括陶瓷层10和设于所述陶瓷层10相对两侧的第一覆铜层11和第二覆铜层12。所述电子元件200和引脚201设于所述基板101的第二覆铜层12背离所述陶瓷层10的表面。

具体的，对所述引脚201进行定型的操作(本领域通常称为“切筋”)为本领域常用的技术手段，此处不再赘述。

本申请所述陶瓷覆铜板100和功率模块1000的制备方法，通过在所述第一覆铜层11上设置保护框20，能有效阻挡注塑成型时熔融的塑封料流至所述第一覆铜层11，且就算陶瓷覆铜板100存在翘曲或缝隙，所述保护框20也能将熔融的塑封料阻挡在所述保护框20之外，塑封料只能漫延在保护框20上，从而能保障所述第一覆铜层11的完整露出，改善了溢胶问题，提高了产品良率。并且，所述保护框20还能起到平衡应力以减少陶瓷覆铜板100翘曲的作用，能提高陶瓷覆铜板100的平整度。

以上说明是本申请一些具体实施方式，但在实际的应用过程中不能仅仅局限于这些实施方式。对本领域的普通技术人员来说，根据本申请的技术构思做出的其他变形和改变，都应该属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种陶瓷覆铜板，包括陶瓷层和设于所述陶瓷层相对两侧的第一覆铜层和第二覆铜层，其特征在于，所述陶瓷覆铜板还包括保护框，所述保护框与所述第一覆铜层连接并环绕所述第一覆铜层的边缘设置，所述第一覆铜层背离所述陶瓷层的表面从所述保护框裸露。

2.如权利要求1所述的陶瓷覆铜板，其特征在于，所述保护框包括沿着所述第一覆铜层的边缘设置的侧壁，所述侧壁的厚度为0.5～1mm。

3.如权利要求1所述的陶瓷覆铜板，其特征在于，所述保护框包括沿着所述第一覆铜层的边缘设置的侧壁，沿着所述陶瓷层和所述第一覆铜层的层叠方向，所述侧壁的高度为3～6mm。

4.如权利要求1所述的陶瓷覆铜板，其特征在于，所述保护框的材质包括金属。

5.如权利要求1所述的陶瓷覆铜板，其特征在于，所述陶瓷层的材质包括氧化铝或氮化铝。

6.一种功率模块的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供待封装的中间体，所述中间体包括如权利要求1～5任一项所述的陶瓷覆铜板和设于所述陶瓷覆铜板上的电子元件和引脚；

将所述中间体放置于注塑模具中，所述注塑模具包括第一模具和第二模具，所述第一模具设有第一凹槽，所述中间体放置于所述第一凹槽内，所述第二模具设有注塑口；

将塑封料从所述注塑口注入，以形成封装壳体，所述封装壳体包覆所述电子元件、所述第二铜箔层和所述陶瓷层，所述引脚的部分从所述封装壳体内伸出，所述第一覆铜板背离所述陶瓷层的表面和所述保护框从所述封装壳体中裸露。

7.如权利要求6所述的功率模块的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：去除所述保护框，并对所述引脚进行定型。

8.如权利要求6所述的功率模块的制备方法，其特征在于，所述第一凹槽的底部部分向内凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽用于容置所述保护框。

9.如权利要求6所述的功率模块的制备方法，其特征在于，所述塑封料包括环氧树脂、氧化铝和导热填充材料。

10.如权利要求9所述的功率模块的制备方法，其特征在于，所述导热填充材料包括氮化铝或氮化硼。

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