[发明专利]用于功率半导体模块封装的一体化均热基板及其制造方法

说明书

本申请提供了用于功率半导体模块封装的一体化均热基板及其制造方法，该一体化均热基板包括均热板本体、均热板上板、绝缘陶瓷层和上覆金属层，其中，均热版主体包括金属槽，且均热板本体、均热板上板、绝缘陶瓷层和上覆金属层为一体化构造。通过本申请的一体化均热基板及其制造方法，克服了使用传统焊料层连接所带来的模块热阻较大、可靠性降低、工艺复杂的问题，同时由于该均热板主体包括金属槽，使得其具有较轻的重量，达到了低热阻、均热性好以及重量轻的效果。

技术领域

本发明涉及功率半导体模块的设计和封装技术领域，并且更具体地，涉及一种用于功率半导体模块封装的一体化均热基板及其制造方法。

背景技术

功率半导体模块在工作中，功率半导体芯片会产生功率损耗。现在随着电流电压等级的提高，以及应用环境对功率半导体模块体积小型化、重量轻型化的要求，功率半导体模块对散热的要求越来越高。传统的功率半导体模块，芯片功率损耗产生的大多数热量是依次通过芯片焊层、陶瓷衬板、衬板焊层、基板、TIM(Thermal Interface Material)到散热器扩散出去。在整体热阻中，TIM和焊层大约占到55％，是影响功率半导体模块散热的主要环节。同时，焊层也是影响模块可靠性和寿命的重要因素。而功率半导体模块要求良好的模块均热性，有利于改善芯片均流等电热特性，提高模块整体的可靠性和使用寿命。

为提高现有功率模块在应用中的散热问题，研究人员进行了大量的工作。例如，在一些方案中，均热板散热系统由均热板散热基板内部具有微细结构的真空腔体以及一定数量与之相连的散热鳍片构成，所述的真空腔体中有一定数量的、用于支撑腔体上下面的支撑块，真空腔体中注入有适量的散热介质。均热板散热基板上通过焊料焊接有覆铜陶瓷衬底，陶瓷衬底上面铜层通过焊料焊接有功率器件，功率器件通过导线连接，形成电路结构，覆铜陶瓷衬底下面铜层通过焊料焊接于均热板散热基板上，形成功率模块封装。然而，该均热板散热基板与陶瓷衬板之间需要通过焊料焊接，模块热阻值增加，模块可靠性降低，同时因为需要焊接而增加了工艺步骤。在另一些方案中，在散热基板中，使用水冷板替代了普通基板，而绝缘基板(即陶瓷衬板)依旧需要通过焊料焊接到基板上。并且，该发明所述的一体化基板对水冷板的平整度和镀层要求较高，成本高，不适于批量化生产。

因此，如何提供一种采用较低热阻、均热性很好和质量较轻的一体化均热基板及其制造方法，对于功率半导体模块封装具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种用于半导体功率模块封装的一体化均热基板，其以均热板为结构主体，同时将均热板上板、绝缘陶瓷层和上覆金属层烧结为一体，实现了低热阻、均热性好以及重量轻的优点。

本发明的用于半导体功率模块封装的一体化均热基板，包括均热板本体、均热板上板、绝缘陶瓷层和上覆金属层，其中，所述均热版主体包括金属槽，所述均热板本体、所述均热板上板、所述绝缘陶瓷层和所述上覆金属层为一体化构造。通过该一体化均热基板，能够实现良好导热能力、热均性突出且重量轻的目标。

在一个实施方式中，该一体化构造通过采用直接覆铜工艺或者活性金属钎焊工艺实现。通过该实施方式，能够确保在均热板本体、均热板上板、绝缘陶瓷层以及上覆金属层之间不会出现传统的焊料形成的焊接层，降低了热阻。

在一个实施方式中，一体化均热基板还包括散热翅片、支撑柱、微细结构、相变介质注入口和相变介质，其中，所述散热翅片与所述均热板本体的底部连接，所述支撑柱和所述微细结构设置于所述均热板本体的金属槽中。

在一个实施方式中，支撑柱和/或所述散热翅片与所述均热板本体为一体化构造。通过该实施方式，能够进一步降低热阻并提高机械特性，实现良好均热性的效果。

在一个实施方式中，微细结构采用金属粉末烧结而成，或者采用金属网填充而成，或由腔体内壁表面沟槽构成。

在一个实施方式中，均热板本体和所述均热板上板采用相同的材料制备。