[發明專利]具有金屬導熱凸塊接墊的陶瓷基板元件、組件及制法

在審

• 申請號: 201910084148.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN111490018A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 余河潔;廖陳正龍;林俊佑;張孝民;張景堯;張道智
• 申請（專利權）人: 璦司柏電子股份有限公司;財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01L23/15
• 分類號: H01L23/15;H01L23/498;H01L23/373;H01L21/48
• 代理公司: 上海中優律師事務所 31284
• 代理人: 潘詩孟

本發明公開了一種具有金屬導熱凸塊接墊的陶瓷基板元件，供設置至少一高發熱的晶粒，該陶瓷基板元件包括：一陶瓷基板本體，具有一上表面和相反于前述上表面的一下表面；及至少一金屬凸塊接墊，包括一結合于上述上表面、且厚度介于10至300微米的薄型接合層，該薄型接合層具有一個第一熱膨脹系數，該第一熱膨脹系數大于上述陶瓷基板本體的熱膨脹系數；及一結合于該薄型接合層、供上述晶粒焊接結合的固晶層，該固晶層具有一個第二熱膨脹系數，該第二熱膨脹系數大于上述陶瓷基板本體的熱膨脹系數，藉此減緩上述薄型接合層與該陶瓷基板界面受熱應力破裂。此外，本發明還公開了具有金屬導熱凸塊接墊的陶瓷基板的組件，以及前述陶瓷基板的制法。

技術領域

本發明涉及一種陶瓷基板，尤其是一種具有金屬導熱凸塊接墊的陶瓷基板元件、組件及制法。

背景技術

相較于傳統印刷電路板，陶瓷基板更具有散熱性佳、厚度薄、尺寸小、耐高溫及可靠度佳等優點，常使用于高功率晶粒或芯片等電子元件。最常見陶瓷基板材料有氧化鋁(Aluminium Oxide，Al₂O₃)制成的直接覆銅(Dircet Bonded Copper，DBC)基板或直接覆鋁(Dircet Bonded Aluminum，DBA)基板，而覆銅或鋁的厚度多在200至300微米之間，當銅或鋁的厚度大于300微米時，則會發生接合界面破裂問題。

隨著晶粒及芯片的功率日益提高，陶瓷基板上的金屬接墊、線路或導電層需要更厚的厚度，才能符合高功率元件的需求。然而，陶瓷基板與金屬層彼此的熱膨脹系數(coefficient of thermal expansion)及線膨脹系數(coefficient of linearexpansion)差異極大，在溫度20度時，金屬銅與鋁的熱膨脹系數為16.5與23ppm/K，而陶瓷材料氧化鋁、氮化鋁與氮化硅大約分別是7、4.5與3.5ppm/K，當陶瓷基板與結合的金屬層熱膨脹系數差異過大時，金屬及陶瓷基板之間的界面容易產生破裂、翹曲或變形的問題，也勢必會造成因熱應力而讓接點產生受損的風險。

因此，如何一方面使金屬電路層能增加厚度，使得溫差能分布在更厚的金屬層，減少單位高度中的溫度落差，讓陶瓷基板能適用于高功率晶粒及芯片；并且減緩金屬層與陶瓷基板界面受熱應力破裂，讓高功率電子元件的應用成為可行，還同時能依照不同的客戶需求，提供各式厚度的金屬接墊，提供制造彈性，就是本發明所要達到的目的。

發明內容

針對現有技術的上述不足，根據本發明的實施例，希望提供一種具有金屬導熱凸塊接墊的陶瓷基板元件，旨在實現如下目的：(1)透過上窄下寬的雙層金屬結構并且降低其中薄型接合層厚度，大幅降低金屬電路層與陶瓷基板結合界面破裂的風險；(2)使陶瓷基板能適用于高功率晶?；蛐酒入娮釉?。

此外，本發明還希望提供一種具有金屬導熱凸塊的陶瓷基板組件，讓高功率晶?；蛐酒杀辉O置于陶瓷基板上，且順利將發熱導出。另外，本發明還希望提供一種制造具有金屬導熱凸塊的陶瓷基板組件的制法，使高功率晶?？杀豁樌庋b于陶瓷基板上，并在操作過程不易造成陶瓷基板和金屬導熱凸塊接墊間的界面損壞，提升產出良率。

根據本發明的實施例，本發明提供的一種具有金屬導熱凸塊接墊的陶瓷基板元件，供設置至少一高發熱的晶粒，該陶瓷基板元件包括：一陶瓷基板本體，具有一上表面和相反于前述上表面的一下表面；及至少一金屬凸塊接墊，包括一結合于上述上表面、且厚度介于10至300微米的薄型接合層，該薄型接合層具有一個第一熱膨脹系數，該第一熱膨脹系數大于上述陶瓷基板本體的熱膨脹系數；及一結合于該薄型接合層、供上述晶粒焊接結合的固晶層，該固晶層具有一個第二熱膨脹系數，該第二熱膨脹系數大于上述陶瓷基板本體的熱膨脹系數，該固晶層之表面積不小于對應設置于該固晶層的上述晶粒，且該固晶層的上述表面積小于上述薄型接合層，藉此減緩上述薄型接合層與該陶瓷基板本體界面受熱應力破裂。