專利名稱：陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能功率器件領(lǐng)域，特別涉及太陽能器件散熱結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域， 具體是指一種陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，DBC基板是一種在高溫下將銅和陶瓷直接鍵合的散熱器件，具有高 熱導(dǎo)率、優(yōu)良的電絕緣性、較大電流承載能力、附著強度高、優(yōu)異的耐焊錫性、高可靠性等特 點，且象PCB —樣能制出各種線路圖形，在太陽能電池板組件、LED、半導(dǎo)體制冷、電子加熱 器、大功率電力半導(dǎo)體模塊、功率控制電路、功率混合電路、智能功率組件、高頻開關(guān)電源、 固態(tài)繼電器、汽車電子、航天航空及軍用電子組件、電訊專用交換機、接受系統(tǒng)、激光等工業(yè) 電子上得到應(yīng)用。目前DBC基板根據(jù)芯片尺寸和器件的安裝需要設(shè)計出最大有效面積的光 板面圖形結(jié)構(gòu)，這種光面結(jié)構(gòu)的器件的缺陷在于由于銅和陶瓷材料在熱物理參數(shù)和力學 性能上有較大差異，而基板的成型溫度較高，使用溫度也較高且不斷變化，從而在基板的成 型和使用過程中，材料性能的不匹配會使基板內(nèi)部特別是銅和陶瓷的鍵合面產(chǎn)生較大的循 環(huán)應(yīng)力，成為基板中最脆弱的位置，具體請參閱圖1所示，其中包括銅11、銅瓷接合面12和 陶瓷13。當溫度循環(huán)變化時，內(nèi)部產(chǎn)生交變應(yīng)力使基板的不利位置即鍵合面產(chǎn)生“微觀裂 紋”，長期反復(fù)的交變應(yīng)力使微觀裂紋集結(jié)溝通形成“宏觀裂紋”，且宏觀裂紋在交變應(yīng)力下 逐步擴展，使鍵合層材料逐步被破壞，到一定極限時開裂，導(dǎo)致銅瓷分離，影響器件的可靠 工作，不能滿足特定產(chǎn)品的壽命需求?，F(xiàn)有技術(shù)中，比如美國專利(公告號US005527620A)中公開了“提高覆金屬基 板的熱沖擊能力(METAL COATED SUB STRATE HAVING IMPROVED RESISTIVITY TO CYCLIC TEMPERATURE STRESS)，，的技術(shù)，其中提出了解決上敘問題的途徑和方法，請參閱圖2所示， 其中包括銅11、陶瓷13、應(yīng)力緩沖盲孔14。這種結(jié)構(gòu)雖然可以釋放一部分應(yīng)力，但是由于孔所占的總區(qū)域小，釋放的應(yīng)力依 然相當有限。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種能夠有效防止DBC 在熱循環(huán)狀態(tài)下銅層過早脫落、提高可靠性和熱循環(huán)壽命、結(jié)構(gòu)簡單實用、工作性能穩(wěn)定可 靠、適用范圍較為廣泛的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)上述的目的，本實用新型的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)具有如下構(gòu)成該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，包括陶瓷基板和鍵合于該陶瓷基板表面上的覆銅 層，其主要特點是，所述的覆銅層的邊緣位置處設(shè)置有至少一個長形盲孔，且該長形盲孔的 延伸方向與所述的覆銅層的邊緣線延伸方向相一致。該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的長形盲孔的深度至少為所述的覆銅層的厚度的一半，且小于該覆銅層的厚度。該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的各個長形盲孔的排列方向與所述的覆銅層的 邊緣線的輪廓相一致。該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的長形盲孔為腰形孔。該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的腰形孔的寬度和所述的覆銅層的厚度之間滿 足以下對應(yīng)關(guān)系
腰形孔的寬度
覆銅層的厚度
0.2mm
0.25mm
0.3mm
0.4mm 參 0.5mm
0.18mm ~ 0.4mm 0.2mm ~ 0.5mm 0.27mm ~ 0.6mm 0.35mm ~ 0.8mm 0.45mm ~ 1.0mm。該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的腰形孔的最遠離覆銅層邊緣的邊與對應(yīng)的覆 銅層的邊緣線之間的距離與該覆銅層的厚度之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系
覆銅層的厚度
0.2mm
0.25mm
0.3mm
0.4mm 參0.5mm
腰形孔的最遠離覆銅層邊緣的邊 與對應(yīng)的覆銅層的邊緣線之間的距離 0.55mm 0.65mm 0.75mm 0.9mm
1.1mm。
該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的長形盲孔為 鈴型孔。 該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的 鈴型孔的兩端頭部的直徑和所述的覆銅層 的厚度之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系
覆銅層的厚度
0.2mm
0.25mm
0.3mm
0.4mm 參 0.5mm
啞鈴型孔的兩端頭部的直徑 0.18mm ~ 0.4mm 0.2mm ~ 0.5mm 0.27mm ~ 0.6mm 0.35mm ~ 0.8mm 0.45mm ~ 1.0mm。該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的 鈴型孔的中央連接部分的寬度和所述的覆 銅層的厚度之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系覆銅層的厚度
0.2mm
0.25mm
0.3mm 參 0.4mm
啞鈴型孔的中央連接部分的寬度 0.18mm ~ 0.22mm 0.2mm ~ 0.25mm 0.28mm ~ 0.35mm 0.35mm ~ 0.4mm
0.5mm0.35mm ~ 0.5mm。該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的 鈴型孔的最遠離覆銅層邊緣的邊與對應(yīng)的 覆銅層的邊緣線之間的距離與該覆銅層的厚度之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系
覆銅層的厚度
0.2mm
0.25mm
0.3mm
0.4mm 參0.5mm
啞鈴型孔的最遠離覆銅層邊緣的邊 與對應(yīng)的覆銅層的邊緣線之間的距離 0.55mm 0.65mm 0.75mm 0.9mm
1.1mm。 采用了該實用新型的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，由于其中將覆銅層的邊緣區(qū)域 加上特定形狀的減荷盲槽結(jié)構(gòu)，控制孔的相關(guān)尺寸和位置，并改變其截面形狀，從而在較大 程度上緩和了應(yīng)力集中的程度，降低了基板的有效應(yīng)力集中系數(shù)，避免溫度變化過程中過 早出現(xiàn)疲勞失效，而且提高了可靠性和熱循環(huán)壽命，所通過的熱循環(huán)次數(shù)是相對應(yīng)圖形無 緩沖結(jié)構(gòu)基板的5 8倍，從而有效防止了 DBC在熱循環(huán)狀態(tài)下銅層過早脫落，結(jié)構(gòu)簡單實 用，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的陶瓷覆銅基板散熱器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中提高覆金屬基板的熱沖擊能力的解決方案的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a為本實用新型的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)的第一種實施方式立體示意 圖。圖北為本實用新型的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)的第一種實施方式的主視圖。圖3c為圖北中A-A方向剖面圖。圖如為圖3c中的厚度關(guān)系示意圖。圖4b為圖北中的尺寸關(guān)系示意圖。圖fe為本實用新型的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)的第二種實施方式立體示意 圖。圖恥為本實用新型的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)的第二種實施方式的主視圖。圖5c為圖恥中A-A方向剖面圖。圖6a為圖5c中的厚度關(guān)系示意圖。[0035]圖6b為圖恥中的尺寸關(guān)系示意圖。圖7為制作本實用新型的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)的掩模版圖形結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖3a、3b、3c和圖4a、4b所示，該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，包括陶瓷基 板1和鍵合于該陶瓷基板表面上的覆銅層2，其中，所述的覆銅層2的邊緣位置處設(shè)置有至 少一個長形盲孔，且該長形盲孔的延伸方向與所述的覆銅層2的邊緣線21的延伸方向相一 致，所述的各個長形盲孔的排列方向與所述的覆銅層2的邊緣線的輪廓相一致。作為本實用新型的第一種方式，該陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的長形盲孔為腰 形孔3，該腰形孔3的深度D4至少為所述的覆銅層2的厚度的一半，且小于該覆銅層2的厚 度。同時，所述的腰形孔3的寬度D3和所述的覆銅層2的厚度T之間滿足以下對應(yīng)關(guān) 系
覆銅層的厚度T
0.2mm
0.25mm
0.3mm
0.4mm 參 0.5mm
腰形孔的寬度D3 0.18mm ~ 0.4mm 0.2mm ~ 0.5mm 0.27mm ~ 0.6mm 0.35mm ~ 0.8mm 0.45mm ~ 1.0mm。不僅如此，所述的腰形孔3的最遠離覆銅層邊緣的邊與對應(yīng)的覆銅層2的邊緣線 之間的距離Dl和D2與該覆銅層2的厚度T之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系
覆銅層的厚度T
0.2mm
0.25mm
0.3mm
0.4mm 參0.5mm
腰形孔的最遠離覆銅層邊緣的邊 與對應(yīng)的覆銅層的邊緣線之間的距離D1、D2 0.55mm 0.65mm 0.75mm 0.9mm
1.1mm。再請參閱圖fe、5b、5c和圖6a、6b所示，作為本實用新型的第二種方式，該陶瓷覆 銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)中的長形盲孔為 鈴型孔4，該 鈴型孔4的深度D6至少為所述的覆 銅層2的厚度的一半，且小于該覆銅層2的厚度。同時，所述的 鈴型孔4的兩端頭部的直徑φ 和φ2和所述的覆銅層2的厚度之
間滿足以下對應(yīng)關(guān)系覆銅層的厚度T
0.2mm
0.25mm
0.3mm 參 0.4mm
啞鈴型孔的兩端頭部的直徑φ 、φ2
0.18mm ~ 0.4mm 0.2mm ~ 0.5mm 0.27mm ~ 0.6mm 0.35mm ~ 0.8mm
參 0.5mm0.45mm ~ 1.0mm。不僅如此，所述的 鈴型孔4的中央連接部分的寬度D5和所述的覆銅層2的厚度 T之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系
覆銅層的厚度T
0.2mm
0.25mm
0.3mm 參 0.4mm
啞鈴型孔的中央連接部分的寬度D5 0.18mm ~ 0.22mm 0.2mm ~ 0.25mm 0.28mm ~ 0.35mm 0.35mm ~ 0.4mm
0.5mm
0.35mm ~ 0.5mm。而且，所述的 鈴型孔4的最遠離覆銅層邊緣的邊與對應(yīng)的覆銅層2的邊緣線之 間的距離D7與該覆銅層2的厚度T之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系
覆銅層的厚度T
0.2mm
0.25mm
0.3mm
0.4mm
0.5mm
啞鈴型孔的最遠離覆銅層邊緣的邊
與對應(yīng)的覆銅層的邊緣線之間的距離D7 0.55mm 0.65mm 0.75mm 0.9mm
1.1mm。在實際應(yīng)用當中，本實用新型根據(jù)產(chǎn)品具體情況，將覆銅圖形邊緣區(qū)域增加各種 形狀的減荷盲孔，具體實施方案如下(1)結(jié)構(gòu) 1請參閱圖3a、3b、3c所示，沿覆銅層2的圖形的邊緣蝕刻一圈腰形孔，使基板截面 在靠近銅塊邊緣的位置，有至少一個應(yīng)力緩沖孔再請參閱圖4a、4b所示，孔的要求A、腰形孔的寬度D3 滿足一定寬度要求，具體根據(jù)銅層厚度T如下銅層厚度 T 0. 2mm0. 25mm 0. 3mm0.4mm0. 5mm對應(yīng) D30. 18 0. 4mm 0· 2 0. 5mm 0. 27 0. 6mm 0. 35mm 0. 8mm 0. 45 1. Omm[0059]B、孔深度D4 至少達到銅層一半，且不能達到陶瓷和銅的分界面，即D4 =采用了上述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，由于其中將覆銅層2的邊緣區(qū)域加上 特定形狀的減荷盲槽結(jié)構(gòu)，控制孔的相關(guān)尺寸和位置，并改變其截面形狀，從而在較大程度 上緩和了應(yīng)力集中的程度，降低了基板的有效應(yīng)力集中系數(shù)，避免溫度變化過程中過早出 現(xiàn)疲勞失效，而且提高了可靠性和熱循環(huán)壽命，所通過的熱循環(huán)次數(shù)是相對應(yīng)圖形無緩沖 結(jié)構(gòu)基板的5 8倍，從而有效防止了 DBC在熱循環(huán)狀態(tài)下銅層過早脫落，結(jié)構(gòu)簡單實用， 工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛。在此說明書中，本實用新型已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以 作出各種修改和變換而不背離本實用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認為是 說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求1.一種陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，包括陶瓷基板和鍵合于該陶瓷基板表面上的覆銅 層，其特征在于，所述的覆銅層的邊緣位置處設(shè)置有至少一個長形盲孔，且該長形盲孔的延 伸方向與所述的覆銅層的邊緣線延伸方向相一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的長形盲孔 的深度至少為所述的覆銅層的厚度的一半，且小于該覆銅層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的各個長形 盲孔的排列方向與所述的覆銅層的邊緣線的輪廓相一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 的長形盲孔為腰形孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的腰形孔的 寬度和所述的覆銅層的厚度之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系覆銅層的厚度腰形孔的寬度 0. 2mm0. 18mm 0. 4mm 0. 25mm0. 2mm 0. 5mm 0. 3mm0. 27mm 0. 6mm 0. 4mm0. 35mm 0. 8mm 0. 5mm0. 45mm 1. 0mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的腰形孔的 最遠離覆銅層邊緣的邊與對應(yīng)的覆銅層的邊緣線之間的距離與該覆銅層的厚度之間滿足 以下對應(yīng)關(guān)系腰形孔的最遠離覆銅層邊緣的邊 與對應(yīng)的覆銅層的邊緣線之間的距離 0. 55mm 0. 65mm 0. 75mm0.9mm1.Imm0-項所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述覆銅層的厚度 0. 2mm 0. 25mm 0. 3mm 0. 4mm 0. 5mm
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任-的長形盲孔為啞鈴型孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的 鈴型孔 的兩端頭部的直徑和所述的覆銅層的厚度之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系覆銅層的厚度 0. 2mm 0. 25mm 0. 3mm 0. 4mm 0. 5mm現(xiàn)鈴型孔的兩端頭部的直徑 0. 18mm 0. 4mm 0. 2mm 0. 5mm 0. 27mm 0. 6mm 0. 35mm 0. 8mm 0. 45mm 1. Omm0
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的 鈴型孔 的中央連接部分的寬度和所述的覆銅層的厚度之間滿足以下對應(yīng)關(guān)系覆銅層的厚度 0. 2mm 0. 25mm 0. 3mm 0. 4mm 0. 5mm椏鈴型孔的中央連接部分的寬度 0. 18mm 0. 22mm 0. 2mm 0. 25mm 0. 28mm 0. 35mm 0. 35mm 0. 4mm 0. 35mm 0. 5mm0
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的 鈴型孔 的最遠離覆銅層邊緣的邊與對應(yīng)的覆銅層的邊緣線之間的距離與該覆銅層的厚度之間滿 足以下對應(yīng)關(guān)系覆銅層的厚度 現(xiàn)鈴型孔的最遠離覆銅層邊緣的邊 與對應(yīng)的覆銅層的邊緣線之間的距離 0. 2mm0. 55mm 0. 25mm0. 65mm 0. 3mm0. 75mm 0. 4mm0. 9mm 0. 5mm1. Imm0
專利摘要本實用新型涉及一種陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，包括陶瓷基板和鍵合于該陶瓷基板表面上的覆銅層，其中覆銅層的邊緣位置處設(shè)置有至少一個長形盲孔，長形盲孔的延伸方向與覆銅層的邊緣線延伸方向相一致。采用該種結(jié)構(gòu)的陶瓷覆銅基板應(yīng)力減荷結(jié)構(gòu)，其中將覆銅層的邊緣區(qū)域加上特定形狀的減荷盲槽結(jié)構(gòu)，控制孔的相關(guān)尺寸和位置，并改變其截面形狀，在較大程度上緩和了應(yīng)力集中的程度，降低了基板的有效應(yīng)力集中系數(shù)，避免溫度變化過程中過早出現(xiàn)疲勞失效，而且提高了可靠性和熱循環(huán)壽命，所通過的熱循環(huán)次數(shù)是相對應(yīng)圖形無緩沖結(jié)構(gòu)基板的5～8倍，從而有效防止了DBC在熱循環(huán)狀態(tài)下銅層過早脫落，結(jié)構(gòu)簡單實用，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛。
文檔編號H01L23/12GK201927591SQ201020645510
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者吳燕青, 周強 申請人:上海申和熱磁電子有限公司