[發明專利]一種降低受熱翹曲的DBC基板

在審

• 申請號: 202210330995.2
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114759007A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 陳材;張弛;杜夢瑤;康勇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L23/498
• 分類號: H01L23/498;H01L23/367;H01L23/373
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李曉飛

本發明公開了一種降低受熱翹曲的DBC基板，屬于功率半導體技術領域。從上到下依次包括：頂部銅層、絕緣陶瓷層及底部銅層；所述頂部銅層上開設有多個并列排布的元器件焊接區域，相鄰元器件焊接區域之間設有絕緣間隙；所述底部銅層上設置有減荷槽區域，所述減荷槽區域與所述絕緣間隙的豎直中心線重合，且所述減荷槽區域的寬度不小于所述絕緣間隙的寬度；在所述減荷槽區域內開設有多個呈陣列狀分布的減荷槽。本發明通過設置呈陣列狀分布的減荷槽，改變底部銅層在該區域內的彎曲程度，能夠減小DBC基板受熱時由于絕緣陶瓷層與底部銅層的材料熱膨脹系數不同引起的翹曲變形；能夠將原集中應力進行削弱，提升基板的熱循環壽命。

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，更具體地，涉及一種降低受熱翹曲的DBC基板。

背景技術

功率半導體器件作為核心電力電子器件，已經被廣泛運用于電力系統、軌道交通、工業制造裝備、家用電器、軍事防御等諸多領域，并不斷朝著大功率、小型化、集成化和多功能的方向發展，對封裝基板性能也提出了更高要求。隨著功率密度的增加，功率模塊的工作溫度顯著升高，提高其可靠性和疲勞壽命具有一定的挑戰性。

覆銅陶瓷基板(direct bonded copper,以下簡稱DBC)是一種非常重要的功率電子封裝材料，其導熱性能優良、金屬與陶瓷間附著強度高、電氣絕緣性能良好、電流承能力較高，同時耐焊錫性優良，并可刻蝕出各種線路圖形，通常用作功率半導體模塊的機械支撐和底部散熱途徑。DBC的疲勞壽命可以決定整個功率模塊的壽命，因而其對封裝集成的適用性和可靠性至關重要。在高溫低溫循環工作中DBC基板受熱膨脹，即由于陶瓷和銅的熱膨脹系數不同，導致銅層和陶瓷層交接面處因膨脹尺寸不匹配而彎曲，局部應力集中不同，從而導致脫層及斷裂現象，降低了功率半導體器件的可靠性和壽命。

目前，現有技術中，還沒有相應的技術方案解決DBC基板受熱后發生翹曲變形的問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種降低受熱翹曲的DBC基板，其目的在于降低DBC基板受熱后發生翹曲變形的程度，提升DBC基板的熱循環壽命。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種降低受熱翹曲的DBC基板，從上到下依次包括：頂部銅層、絕緣陶瓷層及底部銅層；所述頂部銅層上開設有多個并列排布的元器件焊接區域，相鄰元器件焊接區域之間設有絕緣間隙，所述底部銅層上設置有減荷槽區域，所述減荷槽區域與所述絕緣間隙的豎直中心線重合，且所述減荷槽區域的寬度不小于所述絕緣間隙的寬度；在所述減荷槽區域內開設有多個呈陣列狀分布的減荷槽。

進一步地，當所述減荷槽區域的寬度大于所述絕緣間隙的寬度時，所述減荷槽的中心位于所述絕緣間隙在底部銅層對應區域的邊緣線上。

進一步地，所述減荷槽為球坑。

進一步地，所述元器件焊接區域有兩個，且關于頂部銅層的中軸線對稱。

進一步地，所述絕緣間隙的寬度D為0.8-1.2mm。

進一步地，所述球坑的直徑為0.2mm-D/2mm，相鄰所述球坑外圓周之間的最短距離為0.2mm-D mm。

進一步地，所述頂部銅層和底部銅層疊置于所述絕緣陶瓷層表面的中間。

進一步地，所述頂部銅層和底部銅層的表面鍍鎳。

進一步地，所述絕緣陶瓷層的材料為氮化鋁、氧化鋁、氮化硅或氧化鈹。

進一步地，所述頂部銅層的厚度為0.1mm-0.3mm；所述絕緣陶瓷層的厚度為0.38mm-0.65mm；所述底部銅層的厚度為0.1mm-0.3mm。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案，能夠取得以下有益效果：