CN219107784U - 一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，包括氮化硅基板、铜层及金属导热层，所述氮化硅基板的表面设有铜层，且其背面设有金属导热层，其特征在于所述氮化硅基板与铜层之间设有过渡层，用于降低氮化硅与铜材料的热膨胀系数差，所述过渡层的热膨胀系数介质氮化硅和铜之间，在氮化硅基板与铜层中间过渡焊接一层2mm厚的铬层，金属铬热膨胀系数介于氮化硅与铜之间，且具有低导电率特性，降低材料间热膨胀系数差，有效降低键合区应力，提升陶瓷覆铜基板热循环能力。

Description

一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构

技术领域

本实用新型涉及陶瓷覆铜基板生产技术领域，具体涉及一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构。

背景技术

陶瓷覆铜基板是大功率电子电力技术的基础材料，陶瓷覆铜板由陶瓷基材，键合粘接层及导电层等构成。功率模块内使用的覆铜陶瓷基板的可靠性一直受制于陶瓷较低的挠曲强度，因而降低其热循环能力。对于那些整合了极端热和机械应力的应用而言，目前常用的陶瓷基板不是最佳选择。基板（陶瓷）和导体（铜）的热膨胀系数存在很大差异，会在热循环期间对键合区产生压力，进而降低可靠性，为了降低材料键合区的应力，提升热循环能力，故提出了一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构。

实用新型内容

鉴于现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，改善了基板热循环能力，延长了其使用寿命。

本实用新型的技术方案如下：

一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，包括氮化硅基板、铜层及金属导热层，所述氮化硅基板的表面设有铜层，且其背面设有金属导热层，所述氮化硅基板与铜层之间设有过渡层，用于降低氮化硅与铜材料的热膨胀系数差，所述过渡层的热膨胀系数介于氮化硅和铜之间。

进一步地，所述过渡层为铬层、铂层或钼层。

进一步地，所述过渡层优选铬层。

进一步地，所述铬层为凸台结构，其中凸台结构的厚度为1.8-2.1mm。

进一步地，所述铬层与氮化硅基板通过连接层焊接，所述连接层与凸台结构一体成型。

进一步地，所述连接层为银铜钛活性钎料层。

进一步地，所述铜层与铬层通过焊接的方式连接，所述金属导热层与氮化硅基板的背面卡扣连接。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果：

1）在氮化硅基板与铜层中间过渡焊接一层2mm厚的铬层，金属铬热膨胀系数介于氮化硅与铜之间，且具有低导电率特性，降低材料间热膨胀系数差，有效降低键合区应力，提升陶瓷覆铜基板热循环能力；

2）铜层产生的电热部分传导至铬层，而不直接传导至氮化硅陶瓷层，降低氮化硅层发热量，减少氮化硅的受热膨胀量；

3）铬层的凸台结构能够将顶层小截面的热量传导至底层大截面，降低氮化硅基板单位面积受热，减小金属导电线路区与非线路区热应力，能够防止氮化硅基板的断裂；

4）氮化硅基板的背部金属导热层可根据不同场景需要搭配不同材料，减缓极端热和机械应力，改善陶瓷覆铜基板热循环能力，延长使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型整体立体结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为本实用新型的仰视结构示意图；

图4为图3中A处的细节放大图。

图中:1、氮化硅基板；11、连接卡勾；2、铬层；21、连接层；22、凸台结构；3、铜层；4、金属导热层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地说明，但本实用新型所保护的范围不限于所述范围。

如图1-4所示，一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，包括氮化硅基板1、铜层3及金属导热层4，氮化硅基板1的表面设有过渡层，其中过渡层的热膨胀系数介于氮化硅和铜之间，降低材料间热膨胀系数差，有效降低键合区应力，提升氮化硅基板1的热循环能力，过渡层上设有铜层3。

本实用新型的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，过渡层包括铬层2、铂层或钼层，过渡层的形状大小根据应用场景电路图需要设计，本实施例中过渡层优选铬层2，本实施例中铬层2为凸台结构22，凸台结构22的厚度为1.8-2.1mm，优选2mm，铬层2通过连接层21焊接于氮化硅基板1上，本实施例中连接层21为银铜钛活性钎料层，银铜钛活性钎料层与凸台结构一体成型。

本实用新型的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，铜层3与铬层2通过焊接的方式连接。

本实用新型的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，氮化硅基板1的背部设有金属导热层4，金属导热层4与氮化硅基板1的背面通过焊接的方式连接或卡接，本实施例中采用卡接的方式连接，方便安装于拆卸。背部金属导热层4可根据不同场景需要搭配不同材料，减缓极端热和机械应力，改善陶瓷覆铜基板热循环能力，延长使用寿命。

本实用新型的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，本实施例中氮化硅基板1为方形结构，其四个角向内弯折形成四个连接卡勾11，其中金属导热层4卡接于四个连接卡勾11上。

以过渡层为铬层2为例：

使用时，铜层3导电受热热量会先传导至铬层2再传导至氮化硅基板1，提升氮化硅基板1热循环能力，减小机械应力，此外，背部的金属导热层4，一方面能够进一步将热量传导至外部，大大降低氮化硅材料受热不均匀断裂破碎的可能；另一方面能够一定程度上阻止氮化硅材料变形，进一步降低防止弯曲断裂可能性。铬层2与金属导热层4配合的结构设计，有效提升陶瓷覆铜基板力学性能，有效延长使用寿命。

Claims (7)

1.一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，包括氮化硅基板（1）、铜层（3）及金属导热层（4），所述氮化硅基板（1）的表面设有铜层（3），且其背面设有金属导热层（4），其特征在于所述氮化硅基板（1）与铜层（3）之间设有过渡层，用于降低氮化硅与铜材料的热膨胀系数差，所述过渡层的热膨胀系数介于氮化硅和铜之间。

2.根据权利要求1所述的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，其特征在于所述过渡层为铬层（2）、铂层或钼层。

3.根据权利要求2所述的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，其特征在于所述过渡层优选铬层（2）。

4.根据权利要求3所述的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，其特征在于所述铬层（2）为凸台结构（22），其中凸台结构（22）的厚度为1.8-2.1mm。

5.根据权利要求4所述的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，其特征在于所述铬层（2）与氮化硅基板（1）通过连接层（21）焊接，所述连接层（21）与凸台结构（22）一体成型。

6.根据权利要求5所述的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，其特征在于所述连接层（21）为银铜钛活性钎料层。

7.根据权利要求6所述的一种高热循环能力的陶瓷覆铜基板结构，其特征在于所述铜层（3）与铬层（2）通过焊接的方式连接，所述金属导热层（4）与氮化硅基板（1）的背面卡扣连接。

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