散热基板及其制备方法

摘要

本发明涉及一种散热基板及其制备方法，该散热基板包括绝缘基材、嵌设在绝缘基材内的金属导电构件、形成在绝缘基材上表面的图案化导电层和形成在散热基板下表面的金属散热层；金属导电构件的上表面形成有露出于绝缘基材的功率器件安装焊盘，金属导电构件和金属散热层之间设置有陶瓷导热构件。该散热基板能够同时承载功率器件和非功率器件，便于实现小型化，并具有良好散热性能及耐电压性能。该制备方法包括通过热压而成型绝缘基材并将金属导电构件和陶瓷散热构件埋嵌在绝缘基材内的步骤，制备工艺简单，成本低。

权利要求

1.一种散热基板，包括：

绝缘基材；

金属导电构件，嵌设在所述绝缘基材内；所述金属导电构件的上表面形成有露出于所述绝缘基材的功率器件安装焊盘；

陶瓷散热构件，嵌设在所述绝缘基材内；所述陶瓷散热构件相邻于所述金属导电构件的一侧形成有第一连接金属层，所述第一连接金属层与所述导电构件焊接连接；

图案化导电层，形成在所述绝缘基材的上表面；所述图案化导电层的上表面与所述器件安装焊盘的上表面平齐设置；

金属散热层，形成在所述散热基板的下表面，并与所述陶瓷散热构件导热连接；

其中，所述金属导电构件包括金属本体和自所述金属本体向上延伸的一个或多个凸台，所述功率器件安装焊盘形成在所述凸台的上表面。

2.如权利要求1所述的散热基板，其中，在所述散热基板的厚度方向上，所述陶瓷散热构件位于所述金属导电构件的轮廓范围内。

3.如权利要求1所述的散热基板，其中，所述图案化导电层与所述功率器件安装焊盘之间直接电性连接。

4.如权利要求1所述的散热基板，其中，所述功率器件安装焊盘由所述金属导电构件的上表面延伸至所述绝缘基材的上表面。

5.如权利要求1所述的散热基板，其中，所述绝缘基材包括多层绝缘介质层和设置在所述多层绝缘介质层之间的粘着层，所述金属导电构件和所述陶瓷散热构件通过粘结材料固定在所述绝缘基材内。

6.如权利要求1所述的散热基板，其中，所述陶瓷散热构件为氮化铝、氮化硅或氧化铝陶瓷构件，所述金属导电构件为铜构件。

7.如权利要求1所述的散热基板，其中，所述陶瓷散热构件远离所述金属导电构件的一侧形成有第二连接金属层，所述金属散热层与所述第二连接金属层直接连接。

8.一种制备散热基板的方法，包括如下步骤：

⑴制备金属导电构件；所述金属导电构件包括金属本体和自所述金属本体向上延伸的一个或多个凸台；

⑵制备陶瓷散热构件，所述陶瓷散热构件的两个相对表面分别形成有第一连接金属层和第二连接金属层；

⑶将所述金属导电构件和所述第一连接金属层焊接连接；

⑷层叠带有容纳通孔的绝缘基材，所述绝缘基材包括多层绝缘介质层和位于所述绝缘介质层之间的半固化片，所述金属导电构件和所述陶瓷散热构件位于所述容纳通孔内；其中，所述绝缘基材的上、下两侧分别具有形成在绝缘介质层外表面的第一覆铜层和第二覆铜层；

⑸热压所述绝缘基材至所述第一覆铜层与所述金属导电构件的上表面平齐、所述第二覆铜层与所述第二连接金属层的下表面平齐；

⑹在步骤⑸之后，对散热基板的上表面和下表面进行研磨处理；

⑺在所述散热基板的上表面形成第三覆铜层、下表面形成第四覆铜层；

⑻对位于所述绝缘基材上表面的第一覆铜层和第三覆铜层进行蚀刻处理而得到图案化导电层，并在所述金属导电构件的上表面形成功率器件安装焊盘。

9.如权利要求8所述制备散热基板的方法，其中，在所述散热基板的厚度方向上，所述陶瓷散热构件位于所述金属导电构件的轮廓范围内。

说明书

散热基板及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种散热基板及其制备方法。

背景技术

[0002] 例如晶闸管、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(电力场效应晶体管)和电力二极管等的半导体功率器件在工作过程中通常会承载较大电流并产生大量热量，为避免热量积聚形成高温而影响其性能，需要由作为其电连接及机械承载基板的散热基板将功率半导体器件所产生的热量及时导出。

[0003] 随着电子/电力产品向轻型转化、小型转化方向发展，越来越多的电子/电力产品中将例如半导体功率器件和例如稳压/整流/滤波器件的非功率器件集中设计在同一散热基板上。例如，中国专利文献CN107079582A公开了一种散热基板及其制造方法，该散热基板包括第一芯层及第二芯层，第一芯层与第二芯层之间连接有粘结层；至少一个陶瓷散热体穿过第一芯层、粘结层及第二芯层，且第一芯层包括厚铜线路区域以及薄铜线路区域，陶瓷散热体穿过厚铜线路区域。通过设置厚铜线路及薄铜线路，该散热基板可以同时安装功率器件和非功率器件。

[0004] 该散热基板的制造方法包括：提供具有第一线路层的第一芯板，提供具有第二线路层的第二芯板，且第一芯板上设有第一通孔，第二芯板上设有第二通孔，在第一芯板与第二芯板之间放置具有第三通孔的粘结片；并且，将陶瓷散热体放置在第一芯板、第二芯板及粘结片内，陶瓷散热体穿过第一通孔、第二通孔及第三通孔；在第一通孔内放置具有第四通孔的厚铜板，陶瓷散热体位于第四通孔内，将第一芯板、第二芯板及粘结片、陶瓷散热体压合后，在第一芯板及厚铜板的表面上镀铜后并蚀刻形成第三线路层。

[0005] 以上现有技术中，一方面，厚铜线路区域和薄铜线路区域均设置在散热基板的表面，导致散热基板所需的布线面积较大，不利于散热基板的小型化；另一方面，陶瓷散热体穿过厚铜线路区域，厚铜线路区域内的热量难以通过陶瓷散热体快速扩散。另外，上述散热基板的制备方法需要提供第一芯板和第二芯板，制备工艺复杂且成本高。

发明内容

[0006] 针对现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种能够同时承载功率器件和非功率器件的、便于实现小型化、具有良好散热性能及耐电压性能的散热基板。

[0007] 本发明的另一目的是提供一种低成本地制备散热基板的方法，该散热基板能够同时承载功率器件和非功率器件、便于实现小型化、具有良好散热性能及耐电压性能。

[0008] 为了实现上述的主要目的，本发明的第一方面提供了一种散热基板，包括：

[0009] 绝缘基材；

[0010] 金属导电构件，嵌设在绝缘基材内；金属导电构件的上表面形成有露出于绝缘基材的功率器件安装焊盘；

[0011] 陶瓷散热构件，嵌设在绝缘基材内；陶瓷散热构件相邻于金属导电构件的一侧形成有第一连接金属层，第一连接金属层与导电构件焊接连接；

[0012] 图案化导电层，形成在绝缘基材的上表面；图案化导电层的上表面与器件安装焊盘的上表面平齐设置；

[0013] 金属散热层，形成在散热基板的下表面，并与陶瓷散热构件导热连接。

[0014] 由以上技术方案可见，本发明中将用于承载较大电流的金属导电构件嵌设在绝缘基材内，可以降低图案化导电层所需的布线面积，有利于散热基板的小型化；陶瓷散热构件在金属导电构件和金属散热层之间起到热传导和电绝缘的作用，既可以提高散热基板的耐电压性能，又能够将功率器件所产生的热量通过金属导电构件和陶瓷散热构件快速传导至金属散热层。

[0015] 作为本发明的一种优选实施方式，金属导电构件包括金属本体和自金属本体向上延伸的一个或多个凸台，功率器件安装焊盘形成在凸台的上表面。这样的好处在于，可以增加绝缘基材上表面用于形成图案化导电层的面积，促进散热基板的进一步小型化。

[0016] 作为本发明的一种优选实施方式，在散热基板的厚度方向上，陶瓷散热构件位于金属导电构件的轮廓范围内。由此，一方面可以减少高成本陶瓷散热构件的使用量，降低散热基板的制作成本；另一方面陶瓷散热构件可以将金属导电构件内的热量快速导出至金属散热层。

[0017] 本发明中，图案化导电层与器件安装焊盘之间优选直接电性连接。可选择地，在将功率器件安装到功率器件安装焊盘上之后，利用导线电连接功率器件/功率器件安装焊盘和图案化导电层。

[0018] 本发明中，功率器件安装焊盘可以仅形成在金属导电构件的上表面或者由金属导电构件的上表面延伸至绝缘基材的上表面。功率器件安装焊盘由金属导电构件的上表面延伸至绝缘基材的上表面，好处在于可以根据功率器件的需要而灵活地配置功率器件安装焊盘的面积。

[0019] 根据本发明的一种具体实施方式，绝缘基材包括多层绝缘介质层和设置在多层绝缘介质层之间的粘着层，金属导电构件和陶瓷散热构件通过粘结材料固定在绝缘基材内。

[0020] 本发明中，陶瓷散热构件优选为氮化铝、氮化硅或氧化铝陶瓷构件，金属导电构件优选为铜构件。

[0021] 根据本发明的一种具体实施方式，陶瓷散热构件远离金属导电构件的一侧形成有第二连接金属层，金属散热层与第二连接金属层直接连接。由此，可以增加陶瓷散热构件和金属散热层之间的连接可靠性，并降低二者之间的热阻。

[0022] 为了实现上述的另一发明目的，本发明的第二方面提供了一种制备散热基板的方法，包括如下步骤：

[0023] ⑴制备金属导电构件；

[0024] ⑵制备陶瓷散热构件，陶瓷散热构件的两个相对表面分别形成有第一连接金属层和第二连接金属层；

[0025] ⑶将金属导电构件和第一连接金属层焊接连接；

[0026] ⑷层叠带有容纳通孔的绝缘基材，该绝缘基材包括多层绝缘介质层和位于绝缘介质层之间的半固化片，金属导电构件和陶瓷散热构件位于该容纳通孔内；其中，绝缘基材的上、下两侧分别具有形成在绝缘介质层外表面的第一覆铜层和第二覆铜层；

[0027] ⑸热压绝缘基材至第一覆铜层与金属导电构件的上表面平齐、第二覆铜层与第二连接金属层的下表面平齐；

[0028] ⑹在步骤⑸之后，对散热基板的上表面和下表面进行研磨处理；

[0029] ⑺在散热基板的上表面形成第三覆铜层、下表面形成第四覆铜层；

[0030] ⑻对位于绝缘基材上表面的第一覆铜层和第三覆铜层进行蚀刻处理而得到图案化导电层，并在金属导电构件的上表面形成功率器件安装焊盘。

[0031] 热压绝缘基材时，半固化片中的树脂流动填充绝缘基材与金属导电构件和陶瓷散热构件之间的间隙，将金属导电构件和陶瓷散热构件粘着固定在绝缘基材内，制备工艺简单，成本低。承载较大电流的金属导电构件嵌设在绝缘基材内，可以降低图案化导电层所需的布线面积，有利于散热基板的小型化；陶瓷散热构件在金属导电构件和第四覆铜层之间起到热传导和电绝缘的作用，既可以提高散热基板的耐电压性能，又能够将功率器件所产生的热量通过金属导电构件和陶瓷散热构件快速传导至第四覆铜层。

[0032] 优选地，金属导电构件包括金属本体和自金属本体向上延伸的一个或多个凸台；在散热基板的厚度方向上，陶瓷散热构件位于金属导电构件的轮廓范围内。这样，绝缘基材可以从上下两侧夹持固定金属导电构件，提高金属导电构件和绝缘基材之间的连接可靠性。

[0033] 为了更清楚地阐述本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

[0034] 图1是本发明散热基板实施例1的结构示意图；

[0035] 图2是本发明散热基板实施例1中金属导电构件的结构示意图；

[0036] 图3是本发明散热基板实施例1中陶瓷散热构件的结构示意图；

[0037] 图4是本发明散热基板实施例1中陶瓷散热构件和金属导电构件的连接结构示意图；

[0038] 图5是本发明散热基板实施例1制备方法中的叠板步骤示意图；

[0039] 图6是本发明散热基板实施例1制备方法中热压和研磨步骤所得散热基板的结构示意图；

[0040] 图7是本发明散热基板实施例1制备方法中化学镀及电镀步骤所得散热基板的结构示意图；

[0041] 图8是本发明散热基板实施例1制备方法中蚀刻步骤所得散热基板的结构示意图；

[0042] 图9是本发明散热基板实施例2的结构示意图。

具体实施方式

[0043] 散热基板实施例1

[0044] 图1示出了实施例1中散热基板的结构，该散热基板包括绝缘基材30、嵌设在绝缘基材30内的金属导电构件10和陶瓷散热构件20；在散热基板的厚度方向上，陶瓷散热构件20位于金属导电构件10的轮廓范围内，且陶瓷散热构件20的厚度小于金属导电构件10。金属导电构件10包括金属本体11和自金属本体11向上延伸的一个或多个凸台12，凸台12的高度(在散热基板厚度方向上的尺寸)优选为0.1毫米至1毫米，例如本实施例中为0.4毫米。陶瓷散热构件20的厚度优选为0.2毫米至0.8毫米，例如本实施例中为0.35毫米。

[0045] 凸台12的上表面形成有延伸至绝缘基材30上表面的功率器件安装焊盘41；绝缘基材30的上表面形成有与功率器件安装焊盘41之间直接电性连接的图案化导电层42，且图案化导电层42的上表面与功率器件安装焊盘41的上表面平齐设置。图案化导电层42的厚度优选为15微米至105微米，更优选为30微米至75微米。绝缘基材30的上表面还形成有阻焊层60，阻焊层60暴露出功率器件安装焊盘41和图案化导电层42中的非功率器件安装焊盘421。

[0046] 陶瓷散热构件20的两个相对表面分别形成有第一连接金属层21和第二连接金属层22，第一连接金属层21和第二连接金属层22均包括铜层，还可以包括设置在该铜层和陶瓷散热构件20之间的中间金属层，例如钛层或铬层。第一连接金属层21与金属导电构件10焊接连接，第二连接金属层22与位于散热基板下表面的金属散热层50直接连接，金属散热层50包括形成在绝缘基材30下表面的覆铜层51、连接并覆盖覆铜层51和第二连接金属层22的覆铜层52。金属散热层50的厚度(覆铜层51和覆铜层52的总厚度)优选为15微米至105微米，更优选为30微米至75微米。

[0047] 绝缘基材30包括多层例如FR-4板材的绝缘介质层31和设置在多层绝缘介质层31之间的粘着层32，粘着层32由半固化片热压固化而成，金属导电构件10和陶瓷散热构件20通过粘结材料固定在绝缘基材30内，且绝缘基材30上下两侧的绝缘介质层31夹持固定金属导电构件10。

[0048] 实施例1中，陶瓷散热构件20例如为氮化铝陶瓷构件，金属导电构件10例如为铜构件。在其他实施例中，金属导电构件10可以为例如铝构件或铝铜复合构件等的其他金属构件，陶瓷散热构件20可以为例如氮化硅或氧化铝陶瓷等的其他陶瓷构件。

[0049] 实施例1的散热基板可以通过如下步骤制备：

[0050] S11：如图2所示，制备具有金属本体11和凸起12的金属导电构件10，其中凸起12通过蚀刻工艺制备而成；

[0051] S12：如图3所示，制备陶瓷散热构件20，陶瓷散热构件20的两个相对表面分别形成有第一连接金属层21和第二连接金属层22，其中陶瓷散热构件20可以通过切割双面覆铜的氮化铝陶瓷板而得到；

[0052] S2：如图4所示，将金属本体11和第一连接金属层21焊接连接；

[0053] S3：如图5所示，层叠带有容纳通孔的绝缘基材30(叠板步骤)，该绝缘基材30包括多层绝缘介质层31和位于绝缘介质层31之间的半固化片32，金属导电构件10和陶瓷散热构件20位于绝缘基材30的容纳通孔内；其中，位于绝缘基材30上侧的绝缘介质层31外表面具有第一覆铜层401(例如为FR-4单面覆铜板)，位于绝缘基材30下侧的绝缘介质层31的外表面具有第二覆铜层51(例如为FR-4单面覆铜板)；

[0054] S4：热压绝缘基材30至第一覆铜层401与凸台12的上表面平齐、第二覆铜层51与第二连接金属层22的下表面平齐；热压使得半固化片32发生固化反应而粘结绝缘介质层31，且热压过程中半固化片32内的树脂会流动而填充绝缘基材30与金属导电构件10和陶瓷散热构件20之间的间隙，使得金属导电构件10和陶瓷散热构件20通过树脂粘结材料固定在绝缘基材30内；

[0055] S5：对散热基板的上表面和下表面进行研磨处理，以去除热压过程中流动至第一覆铜层401、第二覆铜层51、凸台12以及第二连接金属层22表面的树脂，并进一步提高散热基板上表面和下表面的平整化程度，得到如图6所示的散热基板；

[0056] S6：通过化学镀加电镀工艺在散热基板的上表面形成第三覆铜层402、下表面形成第四覆铜层52；

[0057] S7：对位于绝缘基材30上表面的第一覆铜层401和第三覆铜层402进行蚀刻处理而得到包括非功率器件安装焊盘421的图案化导电层42，并在凸台12的上表面形成功率器件安装焊盘41；

[0058] S8：在散热基板的上表面形成阻焊层60。

[0059] 散热基板实施例2

[0060] 实施例2与实施例1的区别仅在于：实施例2中的金属导电构件110不具有向上延伸的凸台结构。

[0061] 本发明的其他实施例中，散热基板还可以具有形成在绝缘基材内的内层导电线路，该内层导电线路与绝缘基材上表面的图案化导电层可以通过导电过孔电连接。

[0062] 虽然以上通过优选实施例描绘了本发明，但应当理解的是，本领域普通技术人员在不脱离本发明的发明范围内，凡依照本发明所作的同等改进，应为本发明的保护范围所涵盖。