[發(fā)明專利]覆金屬陶瓷基板其及制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110259973.3
• 申請日: 2011-09-03
• 公開（公告）號: CN102315179A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王濤;王曉寶;姚天寶;鄭軍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇宏微科技有限公司
• 主分類號: H01L23/15
• 分類號: H01L23/15;H01L21/48
• 代理公司: 常州市維益專利事務(wù)所 32211
• 代理人: 賈海芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種覆金屬陶瓷基板其及制作方法，屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

覆金屬陶瓷基板的主要應(yīng)用于功率電子器件行業(yè)，在一個功率模塊里有數(shù)個功率半導體芯片，如MOSFET或IGBT芯片以及二極管芯片被集成并被焊接于或被粘貼于覆金屬陶瓷基板的金屬化表面上，而陶瓷基板的作用是在保證良好導熱性能的同時還提供了相對于模塊底板的電氣絕緣。通常功率電子器件需要在-40℃至125℃的溫度循環(huán)環(huán)境下進行工作，由于陶瓷基板與金屬層的熱膨脹系數(shù)不能匹配，在溫度循環(huán)條件下會在陶瓷基板與金屬層之間產(chǎn)生循環(huán)熱應(yīng)力，尤其兩界面處的熱應(yīng)力最大，因此陶瓷基板與金屬層的結(jié)合邊緣處會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，從而會造成覆金屬陶瓷基板中的陶瓷基板開裂，最終引起覆金屬陶瓷基板的失效。目前常用的氧化鋁陶瓷覆銅基板為例，其壽命大約為300-500個溫度循環(huán)次數(shù)。導致未處理過的氧化鋁覆銅基板封裝的功率電子器件不能用于對壽命要求較高的場合，如汽車電子，太陽能、風能發(fā)電等領(lǐng)域中的大功率逆變器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制作工藝簡單，有能效地減少陶瓷層和金屬層之間存在的熱循環(huán)應(yīng)力，提高使用壽命的覆金屬陶瓷基板的金屬陶瓷基板其及制作方法。

本發(fā)明為達到上述目的的技術(shù)方案是：一種覆金屬陶瓷基板的制備方法，其特征在于：按以下步驟進行，

(1)、將陶瓷基板兩面清洗干凈，

(2)、將金屬層直接熔接在陶瓷基板的上下兩面，或?qū)⒔饘賹逾F焊接在陶瓷基板的上下兩面，且金屬層的外周面與陶瓷基板的外周面具有間距d，

(3)、沿兩金屬層的外周邊刷上光刻膠，經(jīng)光照、腐蝕在兩金屬層的外周形成至少一個減薄環(huán)形的臺階面，清洗后制得覆金屬陶瓷基板，

其中：所述金屬層的厚度H2在0.2～5mm，金屬層的外周面與陶瓷基板的外周面之間的間距d是陶瓷基板H1厚度的1～5倍，金屬層的臺階面的臺階厚度h是金屬層厚度H2的1/10-1/2、寬度B為金屬層厚度H2的1～5倍。

本發(fā)明在金屬陶瓷基板的兩金屬層的外周邊刷上光刻膠，經(jīng)光照、腐蝕在兩金屬層的外周形成至少一個減薄環(huán)形的臺階面，通過減薄覆金屬陶瓷基板上金屬層邊緣的厚度，使該臺階面能不斷地釋放出兩連接邊緣處的熱應(yīng)力，在承受溫度循環(huán)加載條件下，能有效地降低陶瓷基板與金屬層之間的循環(huán)熱應(yīng)力，而大幅度減小陶瓷基層在與金屬層結(jié)合的邊緣處變形量，解決了因陶瓷基層與金屬層結(jié)合的邊緣處出現(xiàn)的開裂使陶瓷基板開裂的問題，故能大幅提高金屬陶瓷基板溫度循環(huán)可靠性和使用壽命，以常用的氧化鋁陶瓷覆銅基板為例，其壽命約為600-800個溫度循環(huán)，使本發(fā)明的金屬陶瓷基板能應(yīng)用于大功率器件中。本發(fā)明采用光刻法在金屬陶瓷基板的兩金屬層的外周部位形成減薄環(huán)形的臺階面，不僅制作工藝簡單，由于減薄環(huán)形的臺階面不會產(chǎn)生自身材料和結(jié)構(gòu)上的加工應(yīng)力，可解決金屬層采用機加工而產(chǎn)生的自身材料應(yīng)力集中的問題，故能通過金屬層上的臺階面較好的釋放熱應(yīng)力，使金屬層外邊緣與陶瓷基板之間的應(yīng)力能達到一個相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，覆金屬陶瓷基板能滿足功率電子器件的使用要求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作進一步的詳細描述。

圖1是本發(fā)明金屬陶瓷基板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的A-A的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-陶瓷基板，2-金屬層，3-臺階面。

具體實施方式

本發(fā)明的覆金屬陶瓷基板的制備方法，按以下步驟進行，

(1)、將陶瓷基板1兩面清洗干凈，該陶瓷基板1可采用氧化鋁(Al203)、氮化鋁(AlN)、氧化鉍(Bi02)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)的其中之一，

(2)、將金屬層2直接熔接在陶瓷基板1的上下兩面，如直接銅熔接在陶瓷基板1的上下兩面，或?qū)⒔饘賹?釬焊接在陶瓷基板1的上下兩面，如采用主動金屬釬焊將金屬層釬焊接在陶瓷基板1的上下兩面，其金屬層2為銅層或鋁層或銅鋁復合層，本發(fā)明在金屬層2的外周面與陶瓷基板1的外周面具有間距d，