CN116153888A - 一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法 - Google Patents

一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116153888A
CN116153888A CN202310259696.9A CN202310259696A CN116153888A CN 116153888 A CN116153888 A CN 116153888A CN 202310259696 A CN202310259696 A CN 202310259696A CN 116153888 A CN116153888 A CN 116153888A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper sheet
copper
micro
sheet
ceramic substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310259696.9A
Other languages
English (en)
Inventor
周轶靓
季成龙
王斌
吴承侃
朱凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Fulehua Power Semiconductor Research Institute Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Fulehua Power Semiconductor Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Fulehua Power Semiconductor Research Institute Co ltd filed Critical Jiangsu Fulehua Power Semiconductor Research Institute Co ltd
Priority to CN202310259696.9A priority Critical patent/CN116153888A/zh
Publication of CN116153888A publication Critical patent/CN116153888A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4846—Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法，涉及覆铜陶瓷基板制备领域，旨在解决覆铜陶瓷基板散热的问题，其技术方案要点是：一种带微通道的覆铜陶瓷基板，基板结构主体包括依次设置的上层铜片、陶瓷片、下层铜片，所述下层铜片具有微通道结构，所述下层铜片与陶瓷片完全接触，所述微通道结构位于下层铜片内部且微通道的底部与陶瓷片之间具有铜厚。本发明的一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法能够制备具有散热通道的覆铜陶瓷基板，结构紧凑，散热性能好。

Description

一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及覆铜陶瓷基板制备领域，更具体地说，它涉及一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法。
背景技术
陶瓷覆铜基板是在陶瓷表面金属化的一种基板,按工艺可以分为DBC，AMB，DPC，DBA等，其具有较好的耐高温性能、电学特性，它的导热率较高、承载的电流密度较大，可用于半导体致冷器、电子加热器，是大功率电力半导体模块、高压大功率IGBT模块的重要组成部件。
而对大功率模块而言，散热是影响模块可靠性的重要因素之一。功率模块因其高频传导和开合而不断集中产生大量的热，影响器件的性能，大部分的功率模块的失效原因都与热量有关。通常散热路径为芯片-芯片焊接层-覆铜陶瓷基板-焊接层-基板-热界面材料-散热器。整个传导过程中存在热阻，热阻是影响功率模块散热的主要因素，要想增强散热效果，减小热阻是最主要的方法。同时与常规散热结构相比，具有微通道结构散热不仅体积小换热系数大，换热效率高，可满足更高的能效标准。
针对此类问题，本发明在覆铜陶瓷基板基础上进行改进，提出一种新的技术方案来提高散热性能。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种带微通道的覆铜陶瓷基板，其具有进行水冷循环的散热通道，并且散热性能好，结构紧凑。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种带微通道的覆铜陶瓷基板，基板结构主体包括依次设置的上层铜片、陶瓷片、下层铜片，所述下层铜片具有微通道结构，所述下层铜片与陶瓷片完全接触，所述微通道结构位于下层铜片内部且微通道的底部与陶瓷片之间具有铜厚。
本发明进一步设置为：所述上层铜片的残铜量与下层铜片的残铜量保持一致。
本发明进一步设置为：所述下层铜片还连接有单块铜片，所述单块铜片与下层铜片键合形成微通道结构。
本发明进一步设置为：所述微通道结构为矩形或蜂窝形或菱形。
本发明进一步设置为：所述陶瓷片厚度为0.2mm-1mm，所述上层铜片与下层铜片的厚度在0.1mm-0.8mm。
本发明同时提供一种用于制备带微通道的覆铜陶瓷基板的方法，至少包括以下步骤：
S1、制备覆铜陶瓷基板正面；
上层铜片在图形转移过程中，正面菲林按产品需求定制；
S2、制备覆铜陶瓷基板背面；
背面菲林增加微通道结构，其蚀刻为半蚀刻工艺，在下层铜片表面形成微通道结构且未贯穿下层铜片；
S3、制备单块铜片；
取与下层铜片相同大小的单块铜片，半蚀刻出与下层铜片表面镜像的微通道；
S4、烧结；
将单块铜片通过氧化烧结的方式键合到下层铜片表面完成一体化。
本发明进一步设置为：在S4步骤中，所述氧化烧结的工艺参数为：在氮氧气氛中，200-1050℃下保温10-50min完成氧化；在保护气体条件下，900-1300℃下保温1-24h完成烧结。
本发明进一步设置为：所述下层铜片在烧结之前保持上层铜片的残铜量一致。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
其一：本发明在覆铜陶瓷基板基础上进行改进，其底部制成微通道结构进行水冷散热，缩短陶瓷基板至散热器间的散热路径；一方面使功率模块整体结构更加紧凑，另一方面能够大大降低模块热阻，提高功率模块散热性能；
其二：陶瓷片背面的铜片采用半蚀刻，全蚀刻会导致微通道直接接触陶瓷，这样铜与陶瓷片的接触面就很少，其应力就很小，导致翘曲大，采用半蚀刻之后，下层铜片与陶瓷片的接触面积没有发生变化，因此对应的应力基本与上层铜片对陶瓷片的应力相当，因此翘曲率得到明显降低；
其三：通过控制微通道刻蚀量，使覆铜陶瓷基板正面残铜量与背面残铜量相同，更进一步降低了基板热翘曲程度，热翘率能够达到<0.4％。
附图说明
图1为本发明的陶瓷覆铜基板底部微通道的结构示意图一；
图2为本发明的陶瓷覆铜基板底部微通道的结构示意图二；
图3为本发明的本发明的陶瓷覆铜基板底部微通道的结构示意图三。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例一：
一种带微通道的覆铜陶瓷基板，其基板结构主体包括依次设置的上层铜片、陶瓷片、下层铜片，陶瓷片厚度为0.2mm-1mm，上层铜片与下层铜片的厚度在0.1mm-0.8mm，上层铜片用于定制客户所需要的图形，通过曝光显影蚀刻表面处理，得到定制的图形，位于陶瓷片另一侧的下层铜片具有微通道结构，微通道结构可以如图1或图2或图3所示的矩形或蜂窝形或菱形，其主要是为了增加散热接触面，提高散热性能，也可以是其他形状，能够提供散热通道即可，下层铜片设置的微通道结构，其厚度小于下层铜片厚度，使得微通道的底部并不贯穿下层铜片与陶瓷片接触，即微通道仅局限在下层铜片内，而下层铜片整面直接与陶瓷片接触；这样在烧结时上层铜片与下层铜片对陶瓷片能够提供相同的应力，从而降低发生翘曲的程度；并且根据上层铜片被蚀刻的量，调整下层铜片上的微通道的尺寸，从而保证上层铜片的残铜量和下层铜片的残铜量一致；并且下层铜片还烧结有一层单块铜片覆盖在微通道表面，单块铜片也蚀刻有与下层铜片表面镜像的微通道结构，当单块铜片键合在下层铜片表面时，两微通道结构刚好吻合形成完整的微通道结构进行水冷散热。
实施例二：
一种用于制备带微通道的覆铜陶瓷基板的方法：至少包括以下步骤：
S1、制备覆铜陶瓷基板正面；
上层铜片在图形转移过程中，正面菲林按产品需求定制；
S2、制备覆铜陶瓷基板背面；
背面菲林增加微通道结构，其蚀刻为半蚀刻工艺，在下层铜片表面形成微通道结构且未贯穿下层铜片；
S3、制备单块铜片；
取与下层铜片相同大小的单块铜片，半蚀刻出与下层铜片表面镜像的微通道；
S4、烧结；
将单块铜片通过氧化烧结的方式键合到下层铜片表面完成一体化。
其中氧化烧结的工艺参数为：在氮氧气氛中，200-1050℃下保温10-50min完成氧化；在保护气体条件下，900-1300℃下保温1-24h完成烧结。
具体实施如下，铜片厚度选用0.3mm，氧化铝陶瓷厚度选用0.32mm，使用DCB工艺氧化烧结制备覆铜陶瓷基板，后续图形转移过程中，正面菲林按产品需求定制；背面菲林增加半蚀刻矩形微通道结构，微通道区域阵列小方格，方格边长0.12mm，方格间距0.15mm，微通道尺寸900μm，经曝光显影刻蚀表面处理，获得底部带微通道的覆铜陶瓷基板，测量热翘率<0.4％达到合格。同时将单块铜片半蚀刻出微通道，尺寸大小与覆铜陶瓷基板底部铜片尺寸相同，在氮氧气氛中，900℃下保温50min完成对两块铜片接触面氧化，接着在氮气条件下，1200℃下保温2h完成烧结。此时微通道结构为双层铜片键合形成，相较于单层拥有较高的冷却速度及较低的压降，然后使用相同工艺，对微通道底部及带冷却液进出口铜片接触面氧化烧结，实现对带微通道覆铜陶瓷基板底部的封装。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种带微通道的覆铜陶瓷基板，其特征在于：基板结构主体包括依次设置的上层铜片、陶瓷片、下层铜片，所述下层铜片具有微通道结构，所述下层铜片与陶瓷片完全接触，所述微通道结构位于下层铜片内部且微通道的底部与陶瓷片之间具有铜厚。
2.根据权利要求1所述的一种带微通道的覆铜陶瓷基板，其特征在于：所述上层铜片的残铜量与下层铜片的残铜量保持一致。
3.根据权利要求2所述的一种带微通道的覆铜陶瓷基板，其特征在于：所述下层铜片还连接有单块铜片，所述单块铜片与下层铜片键合形成微通道结构。
4.根据权利要求3所述的一种带微通道的覆铜陶瓷基板，其特征在于：所述微通道结构为矩形或蜂窝形或菱形。
5.根据权利要求1所述的一种带微通道的覆铜陶瓷基板，其特征在于：所述陶瓷片厚度为0.2mm-1mm，所述上层铜片与下层铜片的厚度为0.1mm-0.8mm。
6.一种用于制备权利要求1-5任一一项所述的覆铜陶瓷基板的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
S1、制备覆铜陶瓷基板正面；
上层铜片在图形转移过程中，正面菲林按产品需求定制；
S2、制备覆铜陶瓷基板背面；
背面菲林增加微通道结构，其蚀刻为半蚀刻工艺，在下层铜片表面形成微通道结构且未贯穿下层铜片；
S3、制备单块铜片；
取与下层铜片相同大小的单块铜片，半蚀刻出与下层铜片表面镜像的微通道；
S4、烧结；
将单块铜片通过氧化烧结的方式键合到下层铜片表面完成一体化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在S4步骤中，所述氧化烧结的工艺参数为：在氮氧气氛中，200-1050℃下保温10-50min完成氧化；在保护气体条件下，900-1300℃下保温1-24h完成烧结。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述下层铜片在烧结之前保持上层铜片的残铜量一致。
CN202310259696.9A 2023-03-17 2023-03-17 一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法 Pending CN116153888A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310259696.9A CN116153888A (zh) 2023-03-17 2023-03-17 一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310259696.9A CN116153888A (zh) 2023-03-17 2023-03-17 一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116153888A true CN116153888A (zh) 2023-05-23

Family

ID=86360177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310259696.9A Pending CN116153888A (zh) 2023-03-17 2023-03-17 一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116153888A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003309210A (ja) * 2002-04-18 2003-10-31 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板およびその製造方法
CN103503581A (zh) * 2011-03-23 2014-01-08 同和金属技术有限公司 金属-陶瓷接合基板及其制造方法
CN111933597A (zh) * 2020-07-16 2020-11-13 杰群电子科技（东莞）有限公司 Dbc基板及其制造方法、功率模块及功率模块散热系统
CN113661152A (zh) * 2019-06-26 2021-11-16 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003309210A (ja) * 2002-04-18 2003-10-31 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板およびその製造方法
CN103503581A (zh) * 2011-03-23 2014-01-08 同和金属技术有限公司 金属-陶瓷接合基板及其制造方法
CN113661152A (zh) * 2019-06-26 2021-11-16 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法
CN111933597A (zh) * 2020-07-16 2020-11-13 杰群电子科技（东莞）有限公司 Dbc基板及其制造方法、功率模块及功率模块散热系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105428266B (zh) 具有介质桥的芯片倒装共晶键合方法及获得的产物
CN108022894A (zh) Igbt芯片与相变均热板的集成封装结构及其制造方法
CN112151399B (zh) 一种共晶有功率芯片的载体焊接方法
CN213071120U (zh) 一种与芯片热膨胀相匹配的覆铜陶瓷基板
CN112582278B (zh) 一种dcb覆铜基板的制备方法
CN107546200B (zh) 一种散热元件及其制备方法和igbt模组
JP2002043482A (ja) 電子回路用部材及びその製造方法並びに電子部品
EP2169717B1 (en) Method of manufacturing an insulation substrate
JP2016035945A (ja) パワーモジュールおよび熱拡散板
JP2004022973A (ja) セラミック回路基板および半導体モジュール
CN109309065A (zh) 一种散热元件及其制备方法和igbt模组
CN117303932B (zh) 一种彻底解决湿法氧化dbc烧结大气泡的方法
CN116153888A (zh) 一种带微通道的覆铜陶瓷基板及其制备方法
CN219511279U (zh) 一种覆铜陶瓷基板的烧结治具
CN108831837A (zh) 高导热性相变温控复合封装基板的制备方法
CN116723679A (zh) 陶瓷基均热板及其制备方法和应用
CN218333774U (zh) 一种双dbc板制备的绝缘衬底结构
CN109585307A (zh) 一种散热基板及其制作方法
CN115910950A (zh) 功率半导体器件封装结构和功率半导体器件模块
CN213818363U (zh) 陶瓷覆铜板以及陶瓷电路板
CN111933610B (zh) 一种带有缓冲层的金属陶瓷基板及其制备方法
CN111785643B (zh) 一种钛箔化学减薄方法
CN215220705U (zh) 一种浸没液冷式igbt模块
CN112635416B (zh) 一种单管igbt并联模块及其制造方法
CN112738988A (zh) 陶瓷覆铜板及其制备方法、陶瓷电路板

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20230523