无曲率绝缘胶基板及其加工工艺的制作方法

1.本发明涉及功率模块领域技术，尤其是指一种无曲率绝缘胶基板及其加工工艺。


背景技术：

2.本领域封装使用单独的基板和绝缘衬底烧结组成，具体层状结构为：覆铜层、陶瓷层、背面覆铜、焊料和底板，其存在以下缺陷：
3.1、由于绝缘衬底和基板材质不同，热膨胀系数不同，使得烧结完成后存在形变问题，对于产品一致性控制非常困难。在基板生产过程中需要提前加工出曲率，在烧结后形变为平基板，这种加工工艺既不科学又无法控制，全凭经验制作，对于散热需求高、产品品质高的客户无法满足。
4.2、传统陶瓷绝缘层受结构强度决定，厚度无法做薄，并且合格率偏低，陶瓷材料普遍处于进口状态，国内相关材料性能良莠不齐品质控制困难。现在成熟的绝缘陶瓷有氮化硅、氧化铝、氮化铝，陶瓷材料存在强度与导热问题，氮化硅陶瓷强度大但是导热能力没有氮化铝好，相反氮化铝没有氮化硅可靠性能高。目前没有更好的解决方案。
5.3、由于绝缘衬底和基板材质不同，热膨胀系数不同，在经过可靠性试验后很容易出现分层、开裂缺陷。
6.4、绝缘衬底由陶瓷和覆金属层组成，导热系数偏低。
7.5、材料叠加层数高，芯片在热传递过程中经过多次材料界面变化，连接界面无法做到无缺陷。因此大大降低导热能力。封装产出的模块无法解决散热问题。并且绝缘衬底需要解决金属陶瓷结合技术难题，同时绝缘衬底与基板烧结也存在技术难题，对于生产工艺存在很大挑战。
8.综上，传统的工艺不能同时满足可靠性、高散热能力特性，并且无法降低工艺难度，阻碍功率器件大规模生产。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种无曲率绝缘胶基板及其加工工艺，其通过将金属基板层、绝缘胶层和正面金属层层叠结合构成无曲率绝缘胶基板，该无曲率绝缘胶基板的曲率可调整为纯平，解决了大功率器件散热问题，提高了产品的运行稳定性，工艺简单，生产效率高，提高生产效率低，能够有效保证产品的一致性。
10.为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
11.一种无曲率绝缘胶基板，其包括有金属基板层、正面金属层和含有氮化硼陶瓷粉末的绝缘胶层，所述绝缘胶层涂覆于金属基板层上表面，所述正面金属层粘接于绝缘胶层上表面，于正面金属层上表面加工有多条线路，相邻线路之间具有蚀刻槽间隔，并每条线路分别具有位于顶部的线面和位于底部的线底，每条线路的线面线宽小于线底线宽，相邻的两条线路之线底呈弧形延伸于蚀刻槽底部，且绝缘胶层露出于蚀刻槽底部将相连两条线路
之线底隔开。
12.作为一种优选方案：所述线路之线底边缘与绝缘胶层上表面呈弧形过渡相连。
13.一种应用于如上所述无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其包括如下步骤：
14.s1、于所述金属基板层上表面涂覆绝缘胶层；
15.s2、采用压力机在真空状态下，将正面金属层压紧粘接于绝缘胶层上，脱除绝缘胶层中气泡；
16.s3、基板整体加热，使绝缘胶层与金属基板层、正面金属层充分贴合；然后在压力机加压状态下降温，使绝缘胶层固化；
17.s4、于金属基板层下表面进行沉镍处理，使基板整体具有抗盐雾性能；
18.s5、于正面金属层上表面进行线路图形蚀刻；
19.s6、对正面金属层上表面进行表面处理；
20.s7、将基板整体进行切割成型处理。
21.作为一种优选方案：所述s1中，于所述金属基板层上表面涂覆绝缘胶层之前，要使用酸溶液对金属基板层表面进行清洗处理，去除表面沾污。
22.作为一种优选方案：所述s2中，将正面金属层粘接于绝缘胶层上之前，要确认正面金属层底部无异物，并保证正面金属层平整粘接于绝缘胶层上。
23.作为一种优选方案：所述s3中，加热时间为2小时，绝缘胶层固化后，采用超声波检测基板整体孔洞率。
24.作为一种优选方案：所述s4中，还需要对金属基板层下表面进行水洗、除油、钝化和吹干处理。
25.作为一种优选方案：所述s5中，于正面金属层上表面进行线路图形蚀刻完成后，要对正面金属层进行钝化、清晰和烘干处理。
26.作为一种优选方案：所述s5中，将基板整体进行切割成型处理后，采用化学酸洗以去除切割后基板外部的毛刺。
27.作为一种优选方案：加工工艺的环境：温度：(25
±
3)℃；湿度：(50
±
10)％；尘埃量，直径0.5μm以上＜10k个/cf。
28.本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，通过将金属基板层、绝缘胶层和正面金属层层叠结合构成无曲率绝缘胶基板，该无曲率基板具有以下优点：
29.1、无曲率基板中各层的热膨胀系数相同，使得烧结完成后能够保持形状不变，无需在加工过程中提前加工曲率，加工工艺更加科学可控，产品质量可得到有效保证，提高了产品良率；
30.2、采用绝缘胶层相对于传统陶瓷绝缘层，在保证合格强度和导热性能的前提下，能做到厚度更小，合格率更高；
31.3、金属基板层、绝缘胶层和正面金属层热膨胀系数相同，使得基板整体稳固性更强，不易出现分层、开裂现象；
32.4、绝缘胶层上下两面均为金属，导热系数高，可加快基板整体散热效率；
33.5、采用三层叠加结构，叠加层数少，在热传递过程中经过的材料界面变化少，结合紧密，极大的提高了整体的导热、散热能力。同时避免了传统多种材质结合层状结构，结合
难度大，烧结困难的问题，简化了生产工艺，降低了生产成本。
34.综上，该无曲率绝缘胶基板的曲率可调整为纯平，解决了大功率器件散热问题，提高了产品的运行稳定性，工艺简单，生产效率高，提高生产效率低，能够有效保证产品的一致性。
35.为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
附图说明
36.图1为本发明之基板整体层状结构示意图；
37.图2为本发明之基板加工工艺步骤流程示意图。
38.附图标识说明：
39.101、金属基板层；102、绝缘胶层；103、正面金属层；104、线路；105、线面；106、线底；107、蚀刻槽；a、线面宽度；b、线底宽度。
具体实施方式
40.本发明如图1和图2所示，一种无曲率绝缘胶基板及其加工工艺，该基板包括有金属基板层101、绝缘胶层102和正面金属层103，其中：
41.所述绝缘胶层102涂覆于金属基板层101上表面，所述正面金属层103粘接于绝缘胶层102上表面，于正面金属层103上表面加工有多条线路104，相邻线路104之间具有蚀刻槽107间隔，并每条线路104分别具有位于顶部的线面105和位于底部的线底106，每条线路104的线面105线宽小于线底106线宽，相邻的两条线路104之线底106呈弧形延伸于蚀刻槽107底部，且绝缘胶层102露出于蚀刻槽107底部将相连两条线路104之线底106隔开；并且，所述线路104之线底106边缘与绝缘胶层102上表面呈弧形过渡相连。
42.所述绝缘胶层102中含有氮化硼陶瓷粉末，氮化硼陶瓷粉末粒度值在10微米以下；于绝缘胶层102中掺氮化硼陶瓷粉末后可增加绝缘胶层102的导热系数，降低热阻，同时使绝缘胶层102更加均匀，且能够保证粘接能力不衰减。
43.一种应用于如上所述无曲率绝缘胶基板的加工工艺，包括如下步骤：
44.s1、于所述金属基板层上表面涂覆绝缘胶层；
45.s2、采用压力机在真空状态下，将正面金属层压紧粘接于绝缘胶层上，脱除绝缘胶层中气泡；
46.s3、基板整体加热，使绝缘胶层与金属基板层、正面金属层充分贴合；然后在压力机加压状态下降温，使绝缘胶层固化；
47.s4、于金属基板层下表面进行沉镍处理，使基板整体具有抗盐雾性能；
48.s5、于正面金属层上表面进行线路图形蚀刻；
49.s6、对正面金属层上表面进行表面处理；
50.s7、将基板整体进行切割成型处理。
51.于所述s1中，于所述金属基板层上表面涂覆绝缘胶层之前，要使用酸溶液对金属基板层表面进行清洗处理，去除表面沾污。于所述s2中，将正面金属层粘接于绝缘胶层上之前，要确认正面金属层底部无异物，并保证正面金属层平整粘接于绝缘胶层上。
52.于所述s3中，加热时间为2小时，绝缘胶层固化后，采用超声波检测基板整体孔洞率。于所述s4中，还需要对金属基板层下表面进行水洗、除油、钝化和吹干处理。于所述s5中，于正面金属层上表面进行线路图形蚀刻完成后，要对正面金属层进行钝化、清晰和烘干处理。于所述s5中，将基板整体进行切割成型处理后，采用化学酸洗以去除切割后基板外部的毛刺。
53.加工工艺的环境要求如下：温度：(25
±
3)℃；湿度：(50
±
10)％；尘埃量：直径0.5μm以上＜10k个/cf。
54.该无曲率绝缘胶基板的具体加工工艺步骤如下：
55.步骤1：于金属基板层101表面使用酸溶液进行清洗处理，去除表面沾污；
56.步骤2：确认正面金属层103底部无异物，将正面金属层103按所加工方向放好，正面金属层103要平整；
57.步骤3：粘接正面金属层103后进行高温固化2小时；
58.步骤4：使用超声波声扫检测固化后基板整体产品空洞，检测产品空洞率；
59.步骤5：将金属基板层101下表面进行水洗、除油、镀镍、钝化、吹干处理；
60.步骤6：正面金属层103进行线路图形刻蚀；
61.步骤7：对正面金属层103进行钝化、清洗和烘干处理；
62.步骤8：切割基板，使其分割为产品；
63.步骤9：化学酸洗去除切割后基板表面的加工毛刺。
64.本技术中的无曲率绝缘胶基板可以替代现有绝缘衬底+基板结构。基板由正面金属层103(铜、铝等)+绝缘胶层102(环氧树脂掺杂导热陶瓷)+金属基板层101(铜、铝、铝碳化硅等)层组成。正面金属层103和金属基板层101采用铜材质时，其铜粘接面采用化学腐蚀表面处理，可增强与绝缘胶层102的粘接力度，使金属基板层101、绝缘胶层102和正面金属层103三者之间结合更加紧密。金属基板层101、绝缘胶层102和正面金属层103在压力机真空状态下粘接以脱除气泡；粘接后于压力机加压状态下降温固化。
65.本技术中的无曲率绝缘胶基板，采用热导率高、粘接性能强、绝缘能力强、施工简单的绝缘胶作为绝缘胶层102。绝缘胶属于塑性材料，膨胀系数与金属层一致，比传统陶瓷绝缘更耐冷热冲击，不用考虑绝缘层强度问题。由于无曲率绝缘胶基板膨胀系数受上下金属层决定，膨胀系数完全一致，在生产过程中不用考虑绝缘衬底与基板烧结反凹问题；本发明无曲率绝缘胶基板可以制作成纯平结构，对于后期与散热器组合带来非常良好的接触面积，降低壳-散热器热阻。
66.本发明的设计重点在于，通过将金属基板层、绝缘胶层和正面金属层层叠结合构成无曲率绝缘胶基板，该无曲率基板具有以下优点：
67.1、无曲率基板中各层的热膨胀系数相同，使得烧结完成后能够保持形状不变，无需在加工过程中提前加工曲率，加工工艺更加科学可控，产品质量可得到有效保证，提高了产品良率；
68.2、采用绝缘胶层相对于传统陶瓷绝缘层，在保证合格强度和导热性能的前提下，能做到厚度更小，合格率更高；
69.3、金属基板层、绝缘胶层和正面金属层热膨胀系数相同，使得基板整体稳固性更强，不易出现分层、开裂现象；
70.4、绝缘胶层上下两面均为金属，导热系数高，可加快基板整体散热效率；
71.5、采用三层叠加结构，叠加层数少，在热传递过程中经过的材料界面变化少，结合紧密，极大的提高了整体的导热、散热能力。同时避免了传统多种材质结合层状结构，结合难度大，烧结困难的问题，简化了生产工艺，降低了生产成本。
72.综上，该无曲率绝缘胶基板的曲率可调整为纯平，解决了大功率器件散热问题，提高了产品的运行稳定性，工艺简单，生产效率高，提高生产效率低，能够有效保证产品的一致性。
73.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种无曲率绝缘胶基板，其特征在于：包括有金属基板层、正面金属层和含有氮化硼陶瓷粉末的绝缘胶层，所述绝缘胶层涂覆于金属基板层上表面，所述正面金属层粘接于绝缘胶层上表面，于正面金属层上表面加工有多条线路，相邻线路之间具有蚀刻槽间隔，并每条线路分别具有位于顶部的线面和位于底部的线底，每条线路的线面线宽小于线底线宽，相邻的两条线路之线底呈弧形延伸于蚀刻槽底部，且绝缘胶层露出于蚀刻槽底部将相连两条线路之线底隔开。2.根据权利要求1所述的无曲率绝缘胶基板，其特征在于：所述线路之线底边缘与绝缘胶层上表面呈弧形过渡相连。3.一种应用于如权利要求1和2任意一条所述无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：s1、于所述金属基板层上表面涂覆绝缘胶层；s2、采用压力机在真空状态下，将正面金属层压紧粘接于绝缘胶层上，脱除绝缘胶层中气泡；s3、基板整体加热，使绝缘胶层与金属基板层、正面金属层充分贴合；然后在压力机加压状态下降温，使绝缘胶层固化；s4、于金属基板层下表面进行沉镍处理，使基板整体具有抗盐雾性能；s5、于正面金属层上表面进行线路图形蚀刻；s6、对正面金属层上表面进行表面处理；s7、将基板整体进行切割成型处理。4.根据权利要求3所述的无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其特征在于：所述s1中，于所述金属基板层上表面涂覆绝缘胶层之前，要使用酸溶液对金属基板层表面进行清洗处理，去除表面沾污。5.根据权利要求3所述的无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其特征在于：所述s2中，将正面金属层粘接于绝缘胶层上之前，要确认正面金属层底部无异物，并保证正面金属层平整粘接于绝缘胶层上。6.根据权利要求3所述的无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其特征在于：所述s3中，加热时间为2小时，绝缘胶层固化后，采用超声波检测基板整体孔洞率。7.根据权利要求3所述的无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其特征在于：所述s4中，还需要对金属基板层下表面进行水洗、除油、钝化和吹干处理。8.根据权利要求3所述的无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其特征在于：所述s5中，于正面金属层上表面进行线路图形蚀刻完成后，要对正面金属层进行钝化、清晰和烘干处理。9.根据权利要求3所述的无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其特征在于：所述s5中，将基板整体进行切割成型处理后，采用化学酸洗以去除切割后基板外部的毛刺。10.根据权利要求3所述的无曲率绝缘胶基板的加工工艺，其特征在于，加工工艺的环境：温度：(25
±
3)℃；湿度：(50
±
10)％；尘埃量，直径0.5μm以上＜10k个/cf。

技术总结
本发明公开一种无曲率绝缘胶基板及其加工工艺，该基板包括金属基板层、绝缘胶层和正面金属层，所述绝缘胶层涂覆于金属基板层上表面，所述正面金属层粘接于绝缘胶层上表面，于正面金属层上表面加工有多条线路，相邻线路之间具有蚀刻槽间隔，每条线路分别具有线面和线底，每条线路的线面线宽小于线底线宽，相邻的两条线路之线底呈弧形延伸于蚀刻槽底部，且绝缘胶层露出于蚀刻槽底部将相连两条线路之线底隔开。因此，通过将金属基板层、绝缘胶层和正面金属层层叠结合构成基板，该无曲率绝缘胶基板的曲率可调整为纯平，解决了大功率器件散热问题，提高了产品的运行稳定性，工艺简单，生产效率高，提高生产效率低，能够有效保证产品的一致性。一致性。一致性。


技术研发人员：张佰龙 刘广海 曲赫然 贾国 赵轶夫 何咏欣 叶千峰
受保护的技术使用者：深圳吉华微特电子有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/9/6