一种复合基板及其制备方法

本发明涉及半导体器件封装领域，尤其涉及一种复合基板及其制备方法。

背景技术：

1、随着高功率、高密度的功率器件的迅速发展，其基板散热成为影响器件寿命、性能和可靠性的关键因素。在电子功率器件中，封装基板上每升高10℃的温度会导致器件有效寿命降低30％～50％。如果功率电子器件内部热量的急剧积累而不能及时散失，高温会导致芯片和基板之间产生热应力和热疲劳，甚至可能直接损坏器件。因此，如何有效提高封装基板的导热能力成为亟须解决的难题，已成为功率器件发展急需突破的技术瓶颈。

2、氮化物陶瓷基板在电子器件封装中广泛应用，但其导热性能没有金属铜基板好、易碎且价格昂贵，而金属铜基板的散热瓶颈在于绝缘层导热率低，因此，克服铜基板和氮化物陶瓷基板的缺点，创新封装基板制备工艺流程，研发一种高导热、高绝缘、机械强度高、抗热震性好、与芯片热膨胀系数相匹配、价格适宜的新型复合封装基板成为市场的迫切需要。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种复合基板及其制备方法。该复合基板具有导热、散热性好、结合强度高、抗热震性好等特点。本发明至少采用如下技术方案：

2、本发明一方面提供一种复合基板，其包括依次层叠的陶瓷绝缘层、导热介质层和铜基板，所述导热介质层包括依次层叠设置的黏附层、导热铜层和键合层，黏附层与所述陶瓷绝缘层邻接设置，键合层与所述铜基板邻接设置。

3、进一步地，所述黏附层的材料为ti和cuo中的至少一种。

4、进一步地，所述黏附层的材料为ti时，其厚度为110nm～550nm，优选地，ti黏附层的厚度为330nm；

5、所述黏附层的材料为cuo时，其厚度为330nm～1100nm，优选地，cuo黏附层的厚度为660nm。

6、进一步地，所述键合层的材料为in。

7、进一步地，所述键合层的厚度为10μm～100μm；优选地，所述键合层的厚度为50μm。

8、进一步地，所述导热铜层的厚度为500nm～1500nm。

9、进一步地，所述铜基板的厚度为600μm～1000μm；优选地，所述铜基板的厚度为800μm。

10、进一步地，所述陶瓷绝缘层为aln陶瓷绝缘层或al2o3陶瓷绝缘层，其电阻值大于3×1011ω；

11、所述陶瓷绝缘层的厚度为180μm～500μm。

12、进一步地，该复合基板的面积为40mm×40mm时，该复合基板在室温条件下平均每秒的升/降温温度为0.65～0.75℃；

13、所述导热介质层与所述陶瓷绝缘层和所述铜基板之间的结合强度大于1200n。

14、本发明另一方面提供了一种上述复合基板的制备方法，包括以下步骤：

15、采用磁控溅射工艺在陶瓷绝缘层的表面沉积黏附层；

16、采用磁控溅射工艺在黏附层的表面沉积导热铜层，形成陶瓷绝缘层/黏附层/导热铜层的叠层结构；

17、在所述叠层结构的导热铜层侧放置键合片层，在键合片层上放置铜基板，进行压力键合；

18、随后进行高温烧结，形成陶瓷绝缘层/黏附层/导热铜层/键合层/铜基板的复合基板。

19、进一步地，该高温烧结的温度为170℃～800℃，烧结时间为20min～60min。

20、与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：

21、本发明通过黏附层、导热铜层和键合层的设置使得陶瓷绝缘层与铜基板很好的结合在一起形成了复合基板，该复合基板具有导热性好、结合强度高、抗热震性好、陶瓷绝缘层绝缘性好以及成本低的特点。在基板面积为40mm×40mm的条件下，该复合基板在室温条件下平均每秒升/降温温度为0.65～0.75℃，陶瓷绝缘层的电阻值大于3×1011ω。

22、本发明该复合基板的制备方法采用磁控溅射、压力键合和烧结工艺，绿色环保，简单易操作，适合工艺推广。

技术特征：

1.一种复合基板，其包括依次层叠的陶瓷绝缘层、导热介质层和铜基板，其特征在于，所述导热介质层包括依次层叠设置的黏附层、导热铜层和键合层，黏附层与所述陶瓷绝缘层邻接设置，键合层与所述铜基板邻接设置。

2.根据权利要求1的所述复合基板，其特征在于，所述黏附层的材料为ti和cuo中的至少一种。

3.根据权利要求2的所述复合基板，其特征在于，所述黏附层的材料为ti时，其厚度为110nm～550nm，优选地，ti黏附层的厚度为330nm；

4.根据权利要求1至3任一项的所述复合基板，其特征在于，所述键合层的材料为in。

5.根据权利要求4的所述复合基板，其特征在于，所述键合层的厚度为10μm～100μm；优选地，所述键合层的厚度为50μm。

6.根据权利要求5的所述复合基板，其特征在于，所述导热铜层的厚度为500nm～1500nm。

7.根据权利要求1至3及5至6任一项的所述复合基板，其特征在于，所述铜基板的厚度为600μm～1000μm；优选地，所述铜基板的厚度为800μm。

8.根据权利要求7的所述复合基板，其特征在于，所述陶瓷绝缘层为aln陶瓷绝缘层或al2o3陶瓷绝缘层，其电阻值大于3×1011ω；

9.根据权利要求8的所述复合基板，其特征在于，在40mm×40mm的面积下，该复合基板在室温条件下平均每秒的升/降温度为0.65～0.75℃；

10.一种权利要求1至9任一项所述的复合基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种复合基板及其制备方法，其包括依次层叠的陶瓷绝缘层、导热介质层和铜基板，所述导热介质层包括依次层叠设置的黏附层、导热铜层和键合层，黏附层与所述陶瓷绝缘层邻接设置，键合层与所述铜基板邻接设置；黏附层的材料为Ti和CuO中的至少一种，键合层的材料优选金属In；该黏附层和导热铜层采用磁控溅射工艺依次沉积于陶瓷绝缘层上，键合层和铜基板进行压力键合、烧结后获得该复合基板；该复合基板结合了金属铜基板和陶瓷基板的优势，具有散热性能好、高绝缘、结合强度高、抗热震性好、机械硬度强、价格适宜的特点。技术研发人员：尹以安,张志翔受保护的技术使用者：华南师范大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16