[发明专利]具有金属导热凸块接垫的陶瓷基板元件、组件及制法

说明书

本发明公开了一种具有金属导热凸块接垫的陶瓷基板元件，供设置至少一高发热的晶粒，该陶瓷基板元件包括：一陶瓷基板本体，具有一上表面和相反于前述上表面的一下表面；及至少一金属凸块接垫，包括一结合于上述上表面、且厚度介于10至300微米的薄型接合层，该薄型接合层具有一个第一热膨胀系数，该第一热膨胀系数大于上述陶瓷基板本体的热膨胀系数；及一结合于该薄型接合层、供上述晶粒焊接结合的固晶层，该固晶层具有一个第二热膨胀系数，该第二热膨胀系数大于上述陶瓷基板本体的热膨胀系数，藉此减缓上述薄型接合层与该陶瓷基板界面受热应力破裂。此外，本发明还公开了具有金属导热凸块接垫的陶瓷基板的组件，以及前述陶瓷基板的制法。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基板，尤其是一种具有金属导热凸块接垫的陶瓷基板元件、组件及制法。

背景技术

相较于传统印刷电路板，陶瓷基板更具有散热性佳、厚度薄、尺寸小、耐高温及可靠度佳等优点，常使用于高功率晶粒或芯片等电子元件。最常见陶瓷基板材料有氧化铝(Aluminium Oxide，Al₂O₃)制成的直接覆铜(Dircet Bonded Copper，DBC)基板或直接覆铝(Dircet Bonded Aluminum，DBA)基板，而覆铜或铝的厚度多在200至300微米之间，当铜或铝的厚度大于300微米时，则会发生接合界面破裂问题。

随着晶粒及芯片的功率日益提高，陶瓷基板上的金属接垫、线路或导电层需要更厚的厚度，才能符合高功率元件的需求。然而，陶瓷基板与金属层彼此的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion)及线膨胀系数(coefficient of linearexpansion)差异极大，在温度20度时，金属铜与铝的热膨胀系数为16.5与23ppm/K，而陶瓷材料氧化铝、氮化铝与氮化硅大约分别是7、4.5与3.5ppm/K，当陶瓷基板与结合的金属层热膨胀系数差异过大时，金属及陶瓷基板之间的界面容易产生破裂、翘曲或变形的问题，也势必会造成因热应力而让接点产生受损的风险。

因此，如何一方面使金属电路层能增加厚度，使得温差能分布在更厚的金属层，减少单位高度中的温度落差，让陶瓷基板能适用于高功率晶粒及芯片；并且减缓金属层与陶瓷基板界面受热应力破裂，让高功率电子元件的应用成为可行，还同时能依照不同的客户需求，提供各式厚度的金属接垫，提供制造弹性，就是本发明所要达到的目的。

发明内容

针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种具有金属导热凸块接垫的陶瓷基板元件，旨在实现如下目的：(1)透过上窄下宽的双层金属结构并且降低其中薄型接合层厚度，大幅降低金属电路层与陶瓷基板结合界面破裂的风险；(2)使陶瓷基板能适用于高功率晶粒或芯片等电子元件。

此外，本发明还希望提供一种具有金属导热凸块的陶瓷基板组件，让高功率晶粒或芯片可被设置于陶瓷基板上，且顺利将发热导出。另外，本发明还希望提供一种制造具有金属导热凸块的陶瓷基板组件的制法，使高功率晶粒可被顺利封装于陶瓷基板上，并在操作过程不易造成陶瓷基板和金属导热凸块接垫间的界面损坏，提升产出良率。

根据本发明的实施例，本发明提供的一种具有金属导热凸块接垫的陶瓷基板元件，供设置至少一高发热的晶粒，该陶瓷基板元件包括：一陶瓷基板本体，具有一上表面和相反于前述上表面的一下表面；及至少一金属凸块接垫，包括一结合于上述上表面、且厚度介于10至300微米的薄型接合层，该薄型接合层具有一个第一热膨胀系数，该第一热膨胀系数大于上述陶瓷基板本体的热膨胀系数；及一结合于该薄型接合层、供上述晶粒焊接结合的固晶层，该固晶层具有一个第二热膨胀系数，该第二热膨胀系数大于上述陶瓷基板本体的热膨胀系数，该固晶层之表面积不小于对应设置于该固晶层的上述晶粒，且该固晶层的上述表面积小于上述薄型接合层，藉此减缓上述薄型接合层与该陶瓷基板本体界面受热应力破裂。