[發明專利]一種3D結構陶瓷基板的制備方法

在審

• 申請號: 202110779311.2
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113571425A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 王斌;賀賢漢;周軼靚;葛荘;吳承侃
• 申請（專利權）人: 江蘇富樂德半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48
• 代理公司: 上海申浩律師事務所 31280
• 代理人: 陸懿

本發明涉及半導體技術領域。步驟一，真空燒結：將金屬片覆蓋于活性金屬焊料或者活性金屬焊片上，在真空環境下加熱使金屬片釬焊于陶瓷基板表面；步驟二，依次進行貼膜、曝光、顯影、蝕刻以及退膜，進而在金屬片上形成溝槽；步驟三，金屬片蝕刻?第一金屬層蝕刻成型；步驟四，金屬片蝕刻?第二金屬層蝕刻成型；步驟五，金屬片蝕刻?第三金屬層蝕刻成型；步驟六，焊料蝕刻。本專利通過優化陶瓷基板的結構，芯片嵌埋在基板中，能夠提高芯片的封裝密度。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體是陶瓷基板的制備方法。

背景技術

陶瓷基板具有熱導率高、耐熱性好、熱膨脹系數低、機械強度高、絕緣性好、耐腐蝕、抗輻射等特點，在電子器件封裝中得到廣泛應用，根據制備原理和工藝的不同，目前主流產品可以分為厚膜印刷陶瓷基板(Thick Printing Ceramic Substrate,TPC)、直接鍵合銅陶瓷基板(Direct Bonded Copper Ceramic Substrate,DBC)、活性金屬焊接陶瓷基板(Active Metal Brazing Ceramic Substrate,AMB)等。小型化的高壓大功率模塊是半導體器件重要發展方向之一，在半導體器件設計中，隨著尺寸減小，芯片功率密度急劇增加，對模塊散熱封裝可靠性提出了新的要求。

IGBT模塊是新一代的功率半導體元件模塊，具備集通態壓降低、開關速度快、高電壓低損耗、大電流熱穩定性好等等眾多特點。隨著電動汽車主逆變器功率半導體技術發展，高可靠性、高功率密度的IGBT模塊封裝方式改進的核心要求。傳統的IGBT模塊封裝最大的問題是散熱效率差、芯片封裝密度低、寄生參數過高，這與其采用的引線鍵合(超聲波鋁打線)和單邊散熱技術有關。

為了解決上述問題，現有技術中為了解決上述問題，采取多種方法，其中有1)直接導線鍵合結構：利用焊料，將銅導線與芯片表面直接連接在一起，相對于引線鍵合技術，該技術使用的銅導線可有效降低寄生電感，同時由于銅導線與芯片表面互連面積大，還可以提高互連可靠性；2)2.5D模塊結構：不同的功率芯片被焊接在同一塊襯底上，而芯片間的互連通過增加的一層轉接板中的金屬連線實現，轉接板與功率芯片靠得很近，需要使用耐高溫的材料，低溫共燒陶瓷(LTCC)轉接板常被用于該結構；3)3D模塊結構：兩塊功率芯片或者功率芯片和驅動電路通過金屬通孔或凸塊實現垂直互連，利用緊壓工藝(Press-Pack)實現的3D模塊封裝，這種緊壓工藝采用直接接觸的方式而不是引線鍵合或者焊接方式實現金屬和芯片間的互連，該結構包含3層導電導熱的平板，平板間放置功率芯片，平板的尺寸由互連的芯片尺寸以及芯片表面需要互連的版圖結構確定。此外，在相關專利文獻CN210668333U以及CN110797318A中給出一種典型的芯片嵌埋式封裝結構及方法，芯片位于基板的通孔內，背面制作布線層。

以上，現有改進技術中用來提高芯片封裝密度(實際就是降低封裝模塊的尺寸，特別是厚度)和可靠性的手段，依賴于額外的布線層或轉接板或多層板結構，與傳統技術相比沒有改進陶瓷基板或改進很小，更多的是從設計的角度來解決封裝問題，因此，效果有限，而且現有方法需要在基板上指定位置上打孔，提高了對基板的蝕刻和激光切割的工藝要求，顯著增加了生產成本。

目前缺乏一種提高芯片封裝密度的陶瓷基板的制備方法。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種3D結構陶瓷基板的制備方法，以解決以上至少一個技術問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種3D結構陶瓷基板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，真空燒結：在陶瓷基板的表面絲印一層活性金屬焊料或者在陶瓷基板和金屬片間放置活性金屬焊片，將金屬片覆蓋于所述活性金屬焊料或者活性金屬焊片上，在真空環境下加熱使金屬片釬焊于陶瓷基板表面；

步驟二，金屬片蝕刻-溝槽蝕刻成型：

依次進行貼膜、曝光、顯影、蝕刻以及退膜，進而在金屬片上形成溝槽；