(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(10)授權(quán)公告號CN114501857B(65)同一申請的已公布的文獻(xiàn)號(73)專利權(quán)人武漢利之達(dá)科技股份有限公司地址430000湖北省武漢市東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)高新大道999號未來科技城龍山創(chuàng)新園一期C1棟703室專利權(quán)人湖北利之達(dá)電子科技有限公司(72)發(fā)明人劉松坡張樹強(qiáng)黃衛(wèi)軍(74)專利代理機(jī)構(gòu)湖北高韜律師事務(wù)所42240專利代理師鄢志波H05K3/18(2006.01)H05K3/42(2006.01)H01L21/48(2006.01)H01L23/498(2006.01)審查員席英(54)發(fā)明名稱一種多層陶瓷電路板制備方法本發(fā)明公開了一種多層陶瓷電路板制備方法，所述多層陶瓷電路板由多塊電鍍陶瓷基板(DPC)堆疊鍵合而成。首先通過圖形電鍍工藝制備含表面電路層和垂直互連金屬柱的DPC陶瓷基將多塊DPC陶瓷基板堆疊對準(zhǔn)后鍵合，實現(xiàn)DPC基板間機(jī)械穩(wěn)固連接與電互連；最后在DPC基板間填充耐高溫絕緣膠，固化后得到多層陶瓷電路板。本發(fā)明利用DPC陶瓷基板導(dǎo)熱/耐熱性好、圖形精度高以及垂直互連等特性，通過金屬鍵合實現(xiàn)DPC基板間機(jī)械連接與電互連，制備出高可靠、21.一種多層陶瓷電路板制備方法，其特征在于，所述多層陶瓷電路板由多塊DPC陶瓷基板堆疊鍵合而成，該方法先通過圖形電鍍工藝制備含表面電路層和垂直互連金屬柱的DPC陶瓷基板，然后在DPC陶瓷基板電路層上制備金屬焊料，將多塊DPC陶瓷基板堆疊對準(zhǔn)后鍵合，實現(xiàn)基板間的機(jī)械連接與電互連，最后在基板間填充耐高溫絕緣膠，固化后得到多層陶瓷電路板；鍵合工藝為焊料鍵合、熱壓鍵合或共晶鍵合中的一種，鍵合溫度為200-400℃,鍵晶樹脂中的一種，通過真空吸附或壓力注射工藝填充在DPC陶瓷基板間隙并固化，厚度為其中，實現(xiàn)兩塊陶瓷基板間耐高溫絕緣膠的填充步驟具體如下：1)使用注射器拾取耐高溫絕緣膠并沿陶瓷基板層間縫隙外沿處進(jìn)行填充，注射器填充方式為單邊單向“I”型或相鄰兩邊單向“L”型注射；2)將基板平放或根據(jù)耐高溫絕緣膠流向傾斜放置，利用壓力注射方式使耐高溫絕緣膠填充整個層間；或在填充另一端使用真空泵抽氣，通過真空吸附差將耐高溫絕緣膠填充整個層間；3)將填充完后的陶瓷基板通過局部加熱技術(shù)使耐高溫絕緣膠固化完全，從而形成穩(wěn)定的耐熱絕緣層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層陶瓷電路板制備方法，其特征在于，所述DPC陶瓷基3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層陶瓷電路板制備方法，其特征在于，所述DPC陶瓷基4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種多層陶瓷電路板制備方法，其特征在于，所述金屬5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多層陶瓷電路板制備方法，所述金屬焊料通過絲網(wǎng)印刷或物理氣相沉積工藝沉積在陶瓷基板電路層的待鍵合區(qū)，厚度為3-40μm。6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種多層陶瓷電路板制備方法，其特征在于，固化工藝溫度為100-300℃。3一種多層陶瓷電路板制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多層陶瓷電路板制備方法，有效提高了功率器件集成度。背景技術(shù)[0002]隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的應(yīng)用和更新也在快速延伸，其功能也越來越多。以SiC、GaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料因其禁帶寬度大、擊穿電壓高等特點，在也逐漸向高可靠性、高集成密度、小型化等性能發(fā)展。而如今芯片在平面基板上的封裝受到基板自身的大小等限制，因此需要對封裝基板進(jìn)行多層堆疊，以提高基板整體的集成度從而達(dá)到應(yīng)用需求。[0003]由于多層陶瓷電路板多用于搭載半導(dǎo)體元件等電子部件，需要針對這些電子元件進(jìn)行布線，因此要求多層陶瓷電路板每層均為陶瓷絕緣層和符合電子元件的布線層。布線層既包括基板表面上與電子元件連通的電路層以及鍵合上下基板的圖形層，也包括貫通陶瓷基板本身實現(xiàn)垂直互連的通孔導(dǎo)體?，F(xiàn)微系統(tǒng)封裝中常用的多層陶瓷電路板為低溫/高溫共燒陶瓷基板(LTCC/HTCC),其集成度高、可垂直互連并且可靠性高，但是由于采用絲網(wǎng)印刷制備基板布線層，降低圖形精度(>100μm),并且在多層陶瓷配料堆疊燒結(jié)時由于溫度較高(>800℃)導(dǎo)致其存在收縮比例差異等問題，影響LTCC/HTCC的成品率并提高了成本，嚴(yán)重阻礙了其在電子器件中的應(yīng)用。[0004]因此，本發(fā)明提出使用電鍍陶瓷基板(DPC),其平面圖形以及通孔金屬柱均由圖形電鍍工藝一體成型，無需平面圖形與通孔填充分別制備，并且利用電鍍圖形容易設(shè)計并制備、圖形精度高(<50μm)、垂直互連的特性以及成熟的制備工藝，能夠簡單快速地滿足多層陶瓷電路板的布線需求，實現(xiàn)基板的高精度和高集成度；通過金屬焊料鍵合工藝(<400℃)發(fā)明內(nèi)容[0005]為了克服現(xiàn)有多層陶瓷電路板在布線精度、成品率方面的不足，針對通信、汽車、航天等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，本發(fā)明提出了一種多層陶瓷電路板的制作方法，解決了傳統(tǒng)基板的布線精度低、成品率低等問題，能夠長期穩(wěn)定耐受100-200℃,實現(xiàn)了多層陶瓷基板的小型化和高集成密度。[0007]一種多層陶瓷電路板由多塊電鍍陶瓷基板(DPC)堆疊鍵合而成。先通過圖形電鍍工藝制備含有表面電路層和通孔內(nèi)垂直互連金屬柱的DPC陶瓷基板，然后在DPC陶瓷基板電路層上制備金屬焊料，將多塊DPC陶瓷基板堆疊對準(zhǔn)后鍵合，實現(xiàn)基板間機(jī)械連接與電互連，并在基板間填充耐高溫絕緣膠，固化后得到多層陶瓷電路板。[0008]在本發(fā)明的多層陶瓷電路板中，所述陶瓷基片材質(zhì)為氧化鋁、氮化鋁或氮化硅中4[0009]在本發(fā)明的多層陶瓷電路板中，所述DPC陶瓷基板表面電路層為電鍍銅層，厚度為膏、納米銅膏中的一種，通過絲網(wǎng)印刷或物理氣相沉積工藝沉積在電路板待鍵合區(qū)，厚度為3-40μm。所述金屬焊料鍵合工藝為焊料鍵合、熱壓鍵合或共晶鍵合中的一種，鍵合溫度為200-400℃,鍵合壓力為0-10MPa,鍵合時間為15-30分鐘。[0011]在本發(fā)明的多層陶瓷電路板制備方法中，兩層陶瓷電路板制備工藝包括：[0012]1)對上下兩塊DPC陶瓷基板及其電路層進(jìn)行去油、去污和干燥處理；[0013]2)將金屬焊料制備在下面DPC基板的上表面電路層上；[0014]3)將兩塊DPC陶瓷基板的電路層對準(zhǔn)，通過鍵合技術(shù)使金屬焊料融化，冷卻后兩塊陶瓷基板已鍵合在一起，從而實現(xiàn)兩塊陶瓷基板間的機(jī)械連接與電互連。[0015]在本發(fā)明的多層陶瓷電路板中，所述耐高溫絕緣膠為PI聚酰亞胺、EPOXY環(huán)氧樹基板間隙并固化，厚度為200-600μm,固化工藝溫度為100-300℃。[0016]在本發(fā)明的多層陶瓷電路板中，實現(xiàn)兩塊陶瓷基板間耐高溫絕緣膠的填充包括以[0017]1)使用注射器拾取耐高溫絕緣膠并沿陶瓷基板層間隙外沿處進(jìn)行填充，注射器填充方式為單邊單向“I”型或者相鄰兩邊單向“L”型注射；[0018]2)將基板平放或根據(jù)耐高溫絕緣膠流向傾斜放置，利用壓力注射使耐高溫絕緣膠填充整個層間；也可在另一端使用真空泵抽氣，通過真空吸附將耐高溫絕緣膠填充整個層[0019]3)填充后加熱使耐高溫絕緣膠固化完全，從而在基板層間形成穩(wěn)定的耐高溫絕緣[0020]在本發(fā)明的多層陶瓷電路板中，所述多層陶瓷電路板通過在最上層的金屬層上制備金屬焊料，堆疊對準(zhǔn)后鍵合更多DPC基板，并在基板層間填充耐高溫絕緣膠并固化，最終提高基板堆疊層數(shù)，增加多層陶瓷電路板集成密度。[0022]1)本發(fā)明使用DPC基板作為每層的陶瓷電路板，通過圖形電鍍工藝制備表面圖形層和通孔金屬柱，既能實現(xiàn)垂直互連，同時電鍍圖形精度比現(xiàn)有多層基板制作方法高。DPC基板制作技術(shù)成熟，表面圖形層更容易加工，可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行布線設(shè)計，成品率更高。而且表面圖形層與基板內(nèi)通孔填充金屬由電鍍工藝一體化制備成型，無需分別制備，既縮短工藝流程又提高表面圖形與通孔金屬的連接強(qiáng)度。[0023]2)本發(fā)明使用金屬焊料鍵合工藝實現(xiàn)多層陶瓷基板間連接，金屬焊料制備方法多樣，鍵合溫度為200-400℃,鍵合壓力為0-10MPa,低于現(xiàn)有多層陶瓷基板制備工藝溫度(>800℃),既能夠保證電鍍金屬層在鍵合過程中的圖形精度，減少多層基板間收縮差異，又能夠降低工藝條件，使多層基板制備更加簡單快捷。[0024]3)本發(fā)明使用耐高溫絕緣膠填充于多層陶瓷電路板間隙，不同于現(xiàn)有多層陶瓷基板制作方法中的熱壓，耐高溫絕緣膠將通過壓力注射或真空吸附等方式填充層間隙，既與5陶瓷基板相互粘連，提高多層基板間的粘接強(qiáng)度，又能密封焊接部位，防止焊料回流溢出以避免短路，從而提高了多層陶瓷基板的可靠性。[0025]4)本發(fā)明使用的金屬焊料與耐高溫絕緣膠能長期耐受100-200℃,滿足多層陶瓷電路板高溫應(yīng)用需求，用于功率器件封裝集成。附圖說明[0026]圖1是本發(fā)明的一種實施方式所涉及的多層陶瓷電路板剖視圖。[0027]圖2是圖1示出的多層陶瓷電路板制作工藝流程剖視圖。[0028]圖3是實施例3的PI膠填充層間隙的多層陶瓷電路板實物橫截面圖。[0029]圖4是實施例4的EPOXY膠填充層間隙的多層陶瓷電路板實物橫截面圖。具體實施方式[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。[0032]下面將參照圖2的工藝流程，并結(jié)合圖1的多層陶瓷電路板結(jié)構(gòu)以及以下多個實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。[0033]本發(fā)明多層陶瓷電路板由DPC陶瓷基板3和DPC陶瓷基板9堆疊而成，DPC基板中上基板表面電鍍銅層1、6與電鍍通孔銅柱2,下基板表面電鍍銅層7、10與電鍍通孔銅柱8均通過半導(dǎo)體圖形電鍍工藝一體化制備成型，使1、6與2成為一體，7、10基板內(nèi)部電路。在下面陶瓷基板9的金屬層7上制備金屬焊料4,將基板表面金屬層6和7通過堆疊對準(zhǔn)并鍵合在一起形成層間電路互聯(lián)，并在層間隙處填充耐高溫絕緣膠形成耐熱絕緣層5。[0034]在本多層陶瓷電路板發(fā)明中，兩層DPC陶瓷基板材質(zhì)可以為氧化鋁或氮化鋁或氮化硅等。優(yōu)選的，上下兩層基板選用氮化鋁DPC陶瓷基板，其熱膨脹系數(shù)為4.4×10??/℃,厚度均為500μm。所述多層陶瓷電路板的每塊DPC基板的表面的金屬銅層與通孔金屬銅柱通過圖形電鍍工藝一體化制備成型。其上基板上表面設(shè)有電路層1,設(shè)有貼片區(qū)，用于貼裝芯片并導(dǎo)電，也設(shè)有散熱區(qū)，不通電僅用于固定芯片并傳導(dǎo)芯片產(chǎn)熱。下表面設(shè)有與下基板連接的圖形層6,下基板上表面設(shè)有與上基板下表面連接的圖形層7,下表面設(shè)有與外部電路連[0035]在本多層陶瓷電路板發(fā)明中，在所述多層陶瓷電路板表面圖形層上通過絲網(wǎng)印刷或物理氣相沉積工藝(PVD)制備金屬焊料于電路板待鍵合區(qū)；所述金屬焊料為CuSn、AuSn、熱壓鍵合或共晶鍵合中的一種，鍵合溫度為200-400℃,鍵合壓力為0-10MPa,鍵合時間為15-30分鐘。[0036]參照圖2的工藝流程，結(jié)合以下幾個實施例來進(jìn)一步說明在圖形層上制備金屬焊6料的方法以及鍵合工藝。實施例1[0039]1)對陶瓷基板3和陶瓷基板9以及其金屬層進(jìn)行去油、去污和干燥處理；[0041]3)將陶瓷基板3與陶瓷基板9上的金屬層對準(zhǔn)，采用焊料鍵合工藝，在鍵合最高溫度為280℃,鍵合壓力為2MPa,鍵合時間為15分鐘的工藝條件下使SnAgCu焊料與基板鍵合在一起，從而實現(xiàn)兩層陶瓷基板的機(jī)械連接與電互連。實施例2[0044]1)對陶瓷基板3和陶瓷基板9以及其金屬層進(jìn)行去油、去污和干燥處理；[0045]2)采用物理氣相沉積(CVD)工藝將AuSn焊料沉積到陶瓷基板9的金屬層7上，厚度[0046]3)將陶瓷基板3與陶瓷基板9上的金屬層對準(zhǔn)，采用共晶鍵合工藝，在鍵合最高溫度為320℃,鍵合壓力為10MPa,鍵合時間為15分鐘的工藝條件下使AuSn焊料與基板鍵合在一起，從而實現(xiàn)兩層陶瓷基板的機(jī)械連接與電互連。[0047]在本多層陶瓷電路板發(fā)明中，所述耐高溫絕緣膠為PI聚酰亞胺、EPOXY環(huán)氧樹脂、LCP液晶樹脂、日本ABF樹脂中的一種，通過真空吸附或壓力注射等工藝填充在DPC陶瓷基板間隙并固化，厚度為250-300μm,固化工藝溫度為10[0048]參照圖2的工藝流程，結(jié)合以下幾個實施例來進(jìn)一步說明耐高溫絕緣膠耐熱性能以及填充工藝。實施例3[0049]在本實施例中，耐高溫絕緣膠選用PI聚酰亞胺。PI膠常溫下呈現(xiàn)黃色透明液體，粘度為30-35Pa·s,熱膨脹系數(shù)為3.6×10?5/℃。[0050]本實施例中，在使用SnAgCu焊料將陶瓷基板3和陶瓷基板9鍵合后，實現(xiàn)基板3和9之間的耐高溫絕緣膠的填充工藝包括以下步驟：[0051]1)使用注射器拾取耐高溫絕緣膠并沿陶瓷基板層間縫隙邊緣處進(jìn)行填充，注射器填充方式為單邊單向“I”型擠壓；[0052]2)由于PI膠粘度大，因此將基板平放，在另一端使用真空泵抽氣，通過真空吸附將耐高溫絕緣膠填充整個層間；[0053]3)按照加工過程依次升溫至80℃、120℃、150℃、200℃、220℃和250℃,每個溫度持續(xù)加熱20分鐘，直至耐熱層中的PI膠完全固化成型，形成穩(wěn)定的耐熱絕緣層5。[0054]圖3為PI膠填充固化后的多層基板截面圖，其中PI膠填充的耐熱層5厚度為265μm。PI膠固化后呈現(xiàn)棕褐色，常溫測試粘接強(qiáng)度為22.6MPa,經(jīng)過200℃加熱100小時后粘接強(qiáng)度依舊高達(dá)18.3MPa,仍能保持初始強(qiáng)度的81%。使用PI膠填充耐熱層，完全固化后進(jìn)行氣密性測試，在氟油中浸泡時無氣泡冒出，且在常溫下氮氣氣氛高壓(4個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)放置2小時后取出，氮氣漏氣率為1.9×10?Pa·m/s,說明PI膠在基板中填充完全并密封。經(jīng)過200℃加7熱100小時后再進(jìn)行氣密性測試，在氟油中仍無氣泡冒出，且在常溫下氮氣高壓(4個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)放置2小時后取出，氮氣漏氣率只有3.8×10?Pa·m/s,仍能保持較高的氣密性，同時填充于絕緣層的PI膠并沒有溢出，說明PI膠作為絕緣層能夠長期耐受200℃高溫，并能夠保持較高的粘接強(qiáng)度與氣密性，表明PI膠填充的多層陶瓷基板具有較高的耐熱能力與可靠穩(wěn)定性。實施例4[0055]在本實施例中，耐高溫絕緣膠選用EPOXY環(huán)氧樹脂。EPOXY膠常溫呈現(xiàn)白色透明液體，粘度為4-7Pa·s,熱膨脹系數(shù)為3.2×10?5/℃。[0056]本實施例中，在使用SnAgCu焊料將陶瓷基板3和陶瓷基板9鍵合后，實現(xiàn)基板3和9之間的耐高溫絕緣膠的填充工藝包括以下步驟：[0057]1)使用注射器拾取耐高溫絕緣膠并沿陶瓷基板層間縫隙邊緣處進(jìn)行填充，注射器填充方式為相鄰兩邊單向“L”型擠壓；[0058]2)EPOXY膠粘度小，將基板根據(jù)耐高溫絕緣膠流向傾斜放置，利用壓力注射的方式使耐高溫絕緣膠填充整個層間；[0059]3)將EPOXY膠一步升溫至150℃加熱1小時，直至耐熱層中的EPOXY膠完全固化成272μm。EPOXY膠固化后仍呈現(xiàn)白