專利名稱：覆金屬陶瓷基板其及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種覆金屬陶瓷基板其及制作方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
覆金屬陶瓷基板的主要應(yīng)用于功率電子器件行業(yè)，在一個功率模塊里有數(shù)個功率半導(dǎo)體芯片，如MOSFET或IGBT芯片以及二極管芯片被集成并被焊接于或被粘貼于覆金屬陶瓷基板的金屬化表面上，而陶瓷基板的作用是在保證良好導(dǎo)熱性能的同時還提供了相對于模塊底板的電氣絕緣。通常功率電子器件需要在-40°C至125°C的溫度循環(huán)環(huán)境下進(jìn)行工作，由于陶瓷基板與金屬層的熱膨脹系數(shù)不能匹配，在溫度循環(huán)條件下會在陶瓷基板與金屬層之間產(chǎn)生循環(huán)熱應(yīng)力，尤其兩界面處的熱應(yīng)力最大，因此陶瓷基板與金屬層的結(jié)合邊緣處會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，從而會造成覆金屬陶瓷基板中的陶瓷基板開裂，最終引起覆金屬陶瓷基板的失效。目前常用的氧化鋁陶瓷覆銅基板為例，其壽命大約為300-500個溫度循環(huán)次數(shù)。導(dǎo)致未處理過的氧化鋁覆銅基板封裝的功率電子器件不能用于對壽命要求較高的場合，如汽車電子，太陽能、風(fēng)能發(fā)電等領(lǐng)域中的大功率逆變器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制作工藝簡單，有能效地減少陶瓷層和金屬層之間存在的熱循環(huán)應(yīng)力，提高使用壽命的覆金屬陶瓷基板的金屬陶瓷基板其及制作方法。本發(fā)明為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是一種覆金屬陶瓷基板的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行，(1)、將陶瓷基板兩面清洗干凈，(2)、將金屬層直接熔接在陶瓷基板的上下兩面，或?qū)⒔饘賹逾F焊接在陶瓷基板的上下兩面，且金屬層的外周面與陶瓷基板的外周面具有間距d，(3)、沿兩金屬層的外周邊刷上光刻膠，經(jīng)光照、腐蝕在兩金屬層的外周形成至少一個減薄環(huán)形的臺階面，清洗后制得覆金屬陶瓷基板，其中所述金屬層的厚度H2在0. 2 5mm，金屬層的外周面與陶瓷基板的外周面之間的間距d是陶瓷基板Hl厚度的1 5倍，金屬層的臺階面的臺階厚度h是金屬層厚度 H2的1/10-1/2、寬度B為金屬層厚度H2的1 5倍。本發(fā)明在金屬陶瓷基板的兩金屬層的外周邊刷上光刻膠，經(jīng)光照、腐蝕在兩金屬層的外周形成至少一個減薄環(huán)形的臺階面，通過減薄覆金屬陶瓷基板上金屬層邊緣的厚度，使該臺階面能不斷地釋放出兩連接邊緣處的熱應(yīng)力，在承受溫度循環(huán)加載條件下，能有效地降低陶瓷基板與金屬層之間的循環(huán)熱應(yīng)力，而大幅度減小陶瓷基層在與金屬層結(jié)合的邊緣處變形量，解決了因陶瓷基層與金屬層結(jié)合的邊緣處出現(xiàn)的開裂使陶瓷基板開裂的問題，故能大幅提高金屬陶瓷基板溫度循環(huán)可靠性和使用壽命，以常用的氧化鋁陶瓷覆銅基板為例，其壽命約為600-800個溫度循環(huán)，使本發(fā)明的金屬陶瓷基板能應(yīng)用于大功率器件中。本發(fā)明采用光刻法在金屬陶瓷基板的兩金屬層的外周部位形成減薄環(huán)形的臺階面，不僅制作工藝簡單，由于減薄環(huán)形的臺階面不會產(chǎn)生自身材料和結(jié)構(gòu)上的加工應(yīng)力，可解決金屬層采用機(jī)加工而產(chǎn)生的自身材料應(yīng)力集中的問題，故能通過金屬層上的臺階面較好的釋放熱應(yīng)力，使金屬層外邊緣與陶瓷基板之間的應(yīng)力能達(dá)到一個相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，覆金屬陶瓷基板能滿足功率電子器件的使用要求。


下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明金屬陶瓷基板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A-A的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-陶瓷基板，2-金屬層，3-臺階面。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的覆金屬陶瓷基板的制備方法，按以下步驟進(jìn)行，(1)、將陶瓷基板1兩面清洗干凈，該陶瓷基板1可采用氧化鋁(A1203)、氮化鋁 (AlN)、氧化鉍(Bi02)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)的其中之一，(2)、將金屬層2直接熔接在陶瓷基板1的上下兩面，如直接銅熔接在陶瓷基板1 的上下兩面，或?qū)⒔饘賹?釬焊接在陶瓷基板1的上下兩面，如采用主動金屬釬焊將金屬層釬焊接在陶瓷基板1的上下兩面，其金屬層2為銅層或鋁層或銅鋁復(fù)合層，本發(fā)明在金屬層 2的外周面與陶瓷基板1的外周面具有間距d，(3)、沿兩金屬層2的外周邊刷上光刻膠，經(jīng)光照、腐蝕在兩金屬層2的外周形成至少一個減薄環(huán)形的臺階面3，清洗后制得覆金屬陶瓷基板1，本發(fā)明可采用絲網(wǎng)印刷在金屬層2的外周印刷一層光刻膠，用紫外線照射對光刻膠進(jìn)行腐蝕，而對于沒有刷上光刻膠的金屬層區(qū)域在紫外線照射不被腐蝕，保證該區(qū)域金屬層不被腐蝕，僅對該減薄區(qū)域進(jìn)行腐蝕而形成臺階面3，紫外線照射時間可控制在1 75min，如金屬層腐蝕厚度0. 1mm，其光照時間可以控制2 5min，可采用一次或多次光刻，在金屬層2上形成一個或兩個或三個減薄環(huán)形的臺階面。見圖1 2所示，本發(fā)明金屬層2的厚度H2在0. 2 5mm，金屬層2的外周面與陶瓷基板1的外周面之間的間距d是陶瓷基板Hl厚度的1 5倍，該陶瓷基板的厚度通常在 H10. 2 5mm，如間距 d 可在 0. 2mm、0. 4mm、lmm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、20mm、22mm、25mm 等，最好間距d是陶瓷基板Hl厚度的2 3倍，金屬層2的臺階面3的臺階厚度h是金屬層厚度H2的1/10-1/2、寬度B為金屬層厚度H2的1 5倍，如臺階面3的臺階厚度h為 0. 02mm>0. lmm>0. 4mm>0. 8mm> 1mm、1. 2mm> 1. 5mm> 1. 6mm> 1. 8mm、2mm、2· 2mm>2. 5mm 等，最好臺階厚度h是金屬層厚度H2的1/5-1/3，該臺階面3的寬度B為0. 2mm、0. 4mm、1mm、5mm、8mm、 10讓、12111111、15111111、20111111、22111111、25111111等，最好臺階面3的寬度8為金屬層厚度!12的2 3倍。 見圖3所示，本發(fā)明金屬層2外周的臺階面3為兩個或三個臺階面，各臺階面3上的臺階厚度h相同，或各臺階面3上的臺階厚度h從金屬層2的外部至陶瓷基板1一側(cè)依次遞減，通過各臺階面3更好地并及時將金屬層邊緣與陶瓷基層之間的熱應(yīng)力釋放。見圖1 3所示，本發(fā)明的覆金屬陶瓷基板，包括陶瓷基板1和覆在陶瓷基板1上下兩面的金屬層2，金屬層2的外周面與陶瓷基板1的外周面具有間距d，該間距d為陶瓷基板厚度Hl的1 5倍，金屬層2的外周面至少包括一個減薄環(huán)形的臺階面3，可根據(jù)金屬層2的厚度，在金屬層2的外周形成一個或兩個或三個的臺階面3，且金屬層2的臺階面3 的臺階厚度h是金屬層厚度H2的1/10-1/2、寬度B為金屬層厚度H2的1 5倍。
當(dāng)芯片粘接在覆金屬陶瓷基板的其中一個金屬層2上，覆金屬陶瓷基板的另一個金屬層2則與散熱板或散熱器連接，以形良好的熱傳導(dǎo)，使功率電子器件在工作時的熱量從芯片傳遞至金屬層2、陶瓷基板1及另一個金屬層2，最終將熱量傳導(dǎo)至底部的熱擴(kuò)散板或者散熱器上。
權(quán)利要求
1.一種覆金屬陶瓷基板的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行，(1)、將陶瓷基板(1)兩面清洗干凈，O)、將金屬層( 直接熔接在陶瓷基板(1)的上下兩面，或?qū)⒔饘賹逾F焊接在陶瓷基板(1)的上下兩面，且金屬層O)的外周面與陶瓷基板(1)的外周面具有間距d，(3)、沿兩金屬層( 的外周邊刷上光刻膠，經(jīng)光照、腐蝕在兩金屬層( 的外周形成至少一個減薄環(huán)形的臺階面(3)，清洗后制得覆金屬陶瓷基板，其中所述金屬層(2)的厚度H2在0.2 5mm，金屬層(2)的外周面與陶瓷基板(1)的外周面之間的間距d是陶瓷基板Hl厚度的1 5倍，金屬層(2)上的臺階面(3)的臺階厚度h是金屬層厚度H2的1/10-1/2、寬度B為金屬層厚度H2的1 5倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的覆金屬陶瓷基板的制備方法，其特征在于所述金屬層(2) 外周的臺階面C3)為兩個或三個臺階面，各臺階面C3)上的臺階厚度h相同，或各臺階面 (3)上的臺階厚度h從金屬層O)的外部至陶瓷基板(1) 一側(cè)依次遞減。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的覆金屬陶瓷基板的制備方法，其特征在于所述金屬層(2) 上的臺階面(3)的臺階厚度h是金屬層厚度H2的1/5-1/3、寬度B為金屬層厚度H2的2 3倍。
4.一種如覆金屬陶瓷基板的制備方法制得的覆金屬陶瓷基板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種覆金屬陶瓷基板的制備方法，按以下步驟進(jìn)行，(1)、將陶瓷基板兩面清洗干凈，(2)將金屬層直接熔接在陶瓷基板的上下兩面，或?qū)⒔饘賹逾F焊接在陶瓷基板的上下兩面，金屬層的外周面與陶瓷基板的外周面具有間距d，(3)沿兩金屬層的外周邊刷上光刻膠，經(jīng)光照、腐蝕在兩金屬層的外周形成至少一個減薄環(huán)形的臺階面，清洗后制得覆金屬陶瓷基板。本發(fā)明通過光刻減薄覆金屬陶瓷基板上金屬層邊緣的厚度，使該臺階面能不斷地釋放出兩連接的熱應(yīng)力，不僅制作方便，也有效地降低了陶瓷基板與金屬層之間的循環(huán)熱應(yīng)力，而大幅度減小陶瓷基層在與金屬層結(jié)合的邊緣處變形量，能大幅提高金屬陶瓷基板溫度循環(huán)可靠性和使用壽命。
文檔編號H01L21/48GK102315179SQ20111025997
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月3日
發(fā)明者姚天寶, 王曉寶, 王濤, 鄭軍 申請人:江蘇宏微科技有限公司