[發(fā)明專利]銅陶瓷基板、制備銅陶瓷基板的銅半成品及制備銅陶瓷基板的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680068701.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108367994B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卡爾·柴格爾;本杰明·卡皮;赫爾吉·萊曼;羅伯特·科赫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阿魯比斯斯托爾伯格股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B37/02
• 分類號(hào): C04B37/02;B32B7/022;B32B7/027;B32B9/00;B32B9/04;B32B15/01
• 代理公司: 北京柏杉松知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 劉晶晶;劉繼富

本發(fā)明涉及一種銅陶瓷基板(1)，其包括陶瓷支撐體(2)和連接至陶瓷支撐體(2)的表面的銅層(3，4)，其中銅層(3，4)具有至少一個(gè)第一層(5，6)和第二層(7，8)，所述第一層(5，6)朝向陶瓷支撐體并具有第一平均晶粒尺寸，所述第二層(7，8)布置在銅層(3，4)背離陶瓷支撐體(2)的一側(cè)上并具有第二平均晶粒尺寸，其中第二晶粒尺寸小于第一晶粒尺寸。第一層(5，6)的平均晶粒尺寸大于100μm，優(yōu)選約250μm至1000μm，并且第二層(7，8)的平均晶粒尺寸小于100μm，優(yōu)選約50μm，或者，第一層(5，6)的平均晶粒尺寸大于150μm，優(yōu)選約250μm至2000μm，并且第二層(7，8)的平均晶粒尺寸小于150μm，優(yōu)選約50μm。優(yōu)選使用Cu?ETP和Cu?OF或Cu?OFE。

本發(fā)明涉及具有權(quán)利要求1前序部分所述特征的銅陶瓷基板，涉及具有權(quán)利要求7或9前序部分所述特征的用于制備銅陶瓷基板的銅半成品，并且涉及具有權(quán)利要求13前序部分所述特征的用于制備的銅陶瓷基板的方法。

銅陶瓷基板(例如DCB、AMB)用于制造例如電力電子模塊，并且是由陶瓷支撐體和布置在該陶瓷支撐體一個(gè)面上或兩個(gè)面上的銅層制成的復(fù)合材料。銅層被預(yù)制成通常具有0.1mm至1.0mm厚度的銅片形式的銅半成品，并通過(guò)連接方法連接至陶瓷支撐體。這種連接方法也已知為DCB(直接銅鍵合)或AMB(活性金屬釬焊法)。然而，如果陶瓷支撐體具有高強(qiáng)度，則還可以應(yīng)用具有甚至更大厚度的銅層，這對(duì)于電性能和熱性能而言是基本的優(yōu)勢(shì)。

圖1中位于上方的圖示出了現(xiàn)有技術(shù)的銅陶瓷基板1，其包括陶瓷支撐體2，所述陶瓷支撐體2具有布置在不同面上的兩個(gè)銅層3和4，由導(dǎo)體路徑形成的結(jié)構(gòu)也被蝕刻到銅層3(圖中的上層)中，而銅層4(圖中的下層)則形成于整個(gè)表面上。

由例如莫來(lái)石、Al₂O₃、Si₃N₄、AlN、ZTA、ATZ、TiO₂、ZrO₂、MgO、CaO、CaCO₃或這些材料中的至少兩種的混合物制成的陶瓷板被用作陶瓷支撐體。

因此以DCB方法通過(guò)以下方法步驟將銅層連接至陶瓷基體：

-使銅層氧化，從而制備均勻的銅氧化物層；

-將銅層置于陶瓷支撐體上；

-將復(fù)合材料加熱到1060℃至1085℃的處理溫度。

這在銅層上產(chǎn)生共晶熔體，其產(chǎn)生與陶瓷支撐體的整體連接。這個(gè)過(guò)程稱為鍵合(bonding)。如果使用Al₂O₃作為陶瓷支撐體，則連接產(chǎn)生薄Cu-Al尖晶石層。

在鍵合過(guò)程之后，通過(guò)蝕刻朝向外部的銅層表面，即自由表面，來(lái)構(gòu)造必要的導(dǎo)體路徑。然后通過(guò)應(yīng)用焊線來(lái)釬焊芯片并產(chǎn)生連接，以在芯片上部的面上形成接觸，為此，應(yīng)該盡可能均勻且精細(xì)地構(gòu)造銅層的自由表面的結(jié)構(gòu)。為了制造電力模塊，之后還可以將銅陶瓷基板連接至基板。

所描述的銅陶瓷基板的優(yōu)點(diǎn)主要包括銅的高電流負(fù)載能力以及來(lái)自陶瓷支撐體的良好的電絕緣和機(jī)械支撐。通過(guò)DCB技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)銅層與陶瓷支撐體的高黏附性。此外，所使用的銅陶瓷基板在高環(huán)境溫度下是穩(wěn)定的，而高環(huán)境溫度在使用所述基板時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)。