設置有熱沉基板的多層陶瓷印製電路板的製作方法

2023-05-09 09:04:21

本實用新型涉及半導體封裝和應用領域，尤其涉及大電流、高電壓、大功率的高功率密度的半導體裝置所使用的多層陶瓷印製電路板及其製造方法，具體涉一種耐高溫、適用於高導熱、高電壓和高功率密度應用的陶瓷線路板及其製造方法。

背景技術：

現有技術中的中最常見的是樹脂材質的印製電路載板，如FR-4環氧玻璃布層壓板，其中FR-4是一種耐燃材料等級的代號，所代表的意思是樹脂材料經過燃燒狀態必須能夠自行熄滅的一種材料規格，它不是一種材料名稱，而是一種材料等級，因此目前一般電路板所用的FR-4等級材料就有非常多的種類，但是多數都是以環氧樹脂加上填充劑以及玻璃纖維所做出的覆合材料。環氧玻璃布層壓板高溫下機械強度高，高溼下電氣性能穩定性好，但是在一些大電流、高電壓、大功率的半導體裝置的應用中，其穩定性、絕緣強度、熱膨脹係數和散熱特性仍然不敵陶瓷基線路載板。尤其是在現在的半導體應用中，由於集成度的提高，帶來高功率密度、高熱流密度的需求，對普通的封裝基板和應用基板來說，承受高功率密度、高熱流密度是極大的挑戰，難以勝任。且載板材料和矽的熱膨脹差值難以搭配。

現有技術採用陶瓷載板的陶瓷線路板，其基底陶瓷材料的物理化學穩定性，具有高耐熱性、高絕緣強度和低熱膨脹係數，尤其是氧化鋁陶瓷基線路載板在絕緣部分採用了與矽熱膨脹相當接近的氧化鋁陶瓷，使得在進行通孔時，可以實現更高配線密度的目標，因此陶瓷基板的出現克服了樹脂印製基板難以克服的缺點。

現有技術中多層陶瓷印製電路板的製作方法通常採用陶瓷坯料燒製法，首先將原料的陶瓷粉、有機樹脂、溶劑等等，利用球狀粉碎器混合調製，直到混合液體形成牛奶狀的陶瓷材料；接下來進行薄片成形，讓陶瓷材料成型為綠帶，導線則是利用鎢粉末與有機載體混合之漿劑印製在綠帶上，製成配線；利用了陶瓷綠帶的易加工性，可以在綠帶內的任意位置穿孔，透過在孔內部埋入導體，實現多層板的層間導通；接著經過共燒、鍍鎳、針的硬焊、鍍金等一連串的步驟完成；最後再把積層中的導體和陶瓷同步進行燒結的動作，而完成陶瓷基電子線路板的製作流程。在整個製程中，最重要的步驟是綠帶的成型，以及同步燒結的技術；在多片陶瓷坯料上及通孔內設置高熔點金屬如鉬Mu和鎢W作為導體金屬圖形，與高導電金屬銅Cu燒結在一起而成為多層陶瓷線路板。多層陶瓷線路板的燒結工藝複雜，難以大批量生產應用，工藝精度差無法做精細電路；高熔點金屬與銅的結合力差有可靠性隱患，且導熱係數低。

名詞解釋：

熱沉：在英文文獻中統稱Heat sink或Heatsink，也稱吸熱器或再散熱器或熱沼，是指它的溫度不隨傳遞到它的熱能大小變化，它可以是大氣、大地等物體，航天工程上指用液氮壁板內表面塗黑漆來模擬宇宙冷黑環境的裝置，工業上是指微型散熱片，用來冷卻電子晶片的裝置。在本實用新型中，熱沉是指在LED晶片及其應用中，用來封裝LED晶片的散熱基片，使得LED晶片安裝在熱沉上以幫助LED晶片散熱從而穩定工作溫度。

熱沉在電子工程的領域中被歸類為「被動性散熱元件」，以導熱性佳、質輕、易加工之金屬或非金屬或複合材料（多為鋁或銅，碳化矽，碳化矽鋁等）貼附於發熱表面，以複合的熱交換模式來將熱傳遞到流體介質如空氣、液體冷卻劑中或附加的散熱器。熱沉主要用於高功率半導體器件，例如Mosfet/IGBT/LED。

共晶：共晶是指在相對較低的溫度下共晶焊料發生共晶物熔合的現象，共晶是在低於任一種組成物金屬熔點的溫度下所有成分的融合。共晶合金直接從固態變到液態，而不經過塑性階段，是一個液態同時生成兩個固態的平衡反應。其熔化溫度稱共晶溫度。共晶合金具有特定的凝固點，共晶合金的基本特性是：兩種不同的金屬可在遠低於各自的熔點溫度下按一定重量比例形成合金；這是共晶合金與其他非共晶合金最顯著的差別。

共晶焊接：共晶焊接又稱低熔點合金焊接，是利用共晶原理，使兩種不同的金屬在遠低於各自的熔點溫度下按一定重量比例形成共晶融合狀態後冷卻形成共融晶體實現兩個焊接面之間的共晶結合。

例如：在微電子器件中最常用的共晶焊是把矽晶片焊到鍍金的底座或引線框上去，即「金-矽共晶焊」。眾所周知，金的熔點1063℃，而矽的熔點更高，為1414℃。但是如果按照重量比為2.85％的矽和97.15％的金組合，就能形成熔點為363℃的共晶合金體。這就是金矽共晶焊的理論基礎。 金-矽共晶焊的焊接過程是指在—定的溫度(高於363℃)和一定的壓力下，將矽晶片在鍍金的底座上輕輕揉動摩擦，擦去界面不穩定的氧化層，使接觸表面之間熔化，由二個固相形成—個液相。冷卻後，當溫度低於金矽共熔點(363℃)時，由液相形成的晶粒形式互相結合成機械混合物金-矽共融晶體，從而使矽晶片牢固地焊接在底座上，並形成良好的低阻歐姆接觸。

氮化矽：其英文是Silicon nitride ；Si3N4 陶瓷是一種共價鍵化合物，基本結構單元為[ SiN4 ]四面體，矽原子位於四面體的中心，在其周圍有四個氮原子，分別位於四面體的四個頂點，然後以每三個四面體共用一個原子的形式，在三維空間形成連續而又堅固的網絡結構。氮化矽的很多性能都歸結於此結構。Si3N4 熱膨脹係數低、導熱率高，故其耐熱衝擊性極佳。

氮化鋁：其英文是Aluminum nitride；共價鍵化合物，屬於六方晶系，鉛鋅礦型的晶體結構，呈白色或灰白色。氮化鋁是原子晶體，屬類金剛石氮化物，最高可穩定到2200℃。室溫強度高，且強度隨溫度的升高下降較慢、導熱性好，熱膨脹係數小，是良好的耐熱衝擊材料。抗熔融金屬侵蝕的能力強，氮化鋁還是電絕緣體，介電性能良好，是陶瓷線路板載板的優選材料之一。

三氧化二鋁：也就是氧化鋁，化學符號： ，純淨氧化鋁是白色無定形粉末，俗稱礬土，密度3.9-4.0g/cm3，熔點2050℃、沸點2980℃，不溶於水，為兩性氧化物，能溶於無機酸和鹼性溶液中，主要有α型和γ型兩種變體，工業上可從鋁土礦中提取。 在α型氧化鋁的晶格中，氧離子為六方緊密堆積，鋁離子對稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心，晶格能很大，故熔點、沸點很高。α型氧化鋁不溶於水和酸，工業上也稱鋁氧，是制金屬鋁的基本原料；也用於制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實驗儀器；還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等；高純的α型氧化鋁還是生產人造剛玉、人造紅寶石和藍寶石的原料；還用於生產現代大規模集成電路的板基。

導熱係數：表徵材料導熱能力大小的物理量，單位是W/（m·K），中文念作瓦每米每開。其數值是物體中單位溫度降度，即1米厚的材料的兩側溫度相差1開氏溫度時，單位時間內通過單位面積所傳導的熱量。

本申請文件中所指的具備高導熱係數，是指導熱係數大於等於2W/（m·K）。

MOS為英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的縮寫，中文含義為互補型氧化金屬半導體。

MOSFET為英文Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的縮寫，中文含義為金屬氧化物半導體場效應電晶體。

IGBT為英文Insulated Gate Bipolar Translator的縮寫，中文含義為絕緣柵門極電晶體。

CPU為英文Central Processing Unit的縮寫，中文含義為中央處理器。

GPU為英文Graphic Processing Unit的縮寫，中文含義為圖形處理器。

MPU為英文 Micro Processor Unit 的縮寫，中文含義為 微處理器。

IPM為英文Integrated Power Module的縮寫，中文含義為集成功率模塊。

PCB為英文Printed Circuit Board的縮寫，中文含義為印製電路板。

LED為英文Light Emitting Diode的縮寫，中文含義為發光二極體。

COB為英文Chip On Board的縮寫,中文含義為板上晶片；板上晶片封裝是裸晶片貼裝技術之一，半導體晶片交接貼裝在印製線路板上，晶片與基板的電氣聯接用引線縫合方法實現，並用樹脂覆蓋以確保可靠性。

COB光源：通過COB封裝LED平面光源或集成光源又稱COB光源；目前COB光源主要運用在室內外燈具照明中，如室內的射燈、筒燈、天花燈、吸頂燈、日光燈和燈帶，室外的路燈、工礦燈、泛光燈及目前城市夜景的洗牆燈、發光字等。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題在於避免現有技術多層陶瓷線路板製作工藝複雜精度差、覆合導熱係數低的不足之處而提出一種具有高導熱性能的多層陶瓷線路板。

本實用新型為解決所述技術問題採用的技術方案是一種設置有熱沉基板的多層陶瓷印製電路板，包括：至少一塊陶瓷基PCB板和至少一塊熱沉基板；所述陶瓷基PCB板包括用於絕緣和導熱散熱的陶瓷基底層和用於共晶熔融焊聯接並實現導熱的陶瓷基板覆合層；將所述陶瓷基底層相互在總體上平行的兩表面分別稱作基底A面和基底B面，所述陶瓷基板覆合層設置在所述基底A面上，或所述陶瓷基板覆合層設置在所述基底B面上；所述熱沉基板包括用於導熱散熱的熱沉基底層和用於共晶熔融焊聯接並實現導熱的熱沉基板覆合層；所述熱沉基板覆合層覆在所述熱沉基底層上；所述陶瓷基板覆合層和所述熱沉基板覆合層均為具有共晶熔融特性的共晶材料層；所述陶瓷基板覆合層和所述熱沉基板覆合層貼合加熱共晶熔融焊接實現共晶覆合；從而將各該陶瓷基PCB板和熱沉基板熔融覆合聯接成為層數至少為兩層的多層陶瓷印製電路板。

與所述熱沉基板覆合層共晶熔融覆合聯接的所述陶瓷基板覆合層直接或通過過渡金屬層覆在所述陶瓷基底層上，即該所述陶瓷基板覆合層與所述陶瓷基底層之間直接聯接或通過過渡金屬層聯接；所述陶瓷基PCB板上，不和所述熱沉基板覆合層共晶熔融覆合連接的所述陶瓷基板覆合層與所述陶瓷基底層之間設置有中間層；所述中間層設置在所述基底A面上，或所述中間層設置在所述基底B面上；所述中間層用於印製電子線路和/或布設導熱金屬面；所述中間層包括用於印製電子線路的電子線路印製區和/或用於布設導熱金屬面的覆銅區，所述覆銅區在中間層大面積覆蓋、實現導熱和散熱；所述陶瓷基板覆合層包括電子線路印製區覆合層和/或覆銅區覆合層；所述電子線路印製區覆合層均勻布覆於所述電子線路印製區的印製電子線路各線條和各節點上；所述覆銅區覆合層均勻布覆於所述覆銅區的導熱金屬面上。

所述多層陶瓷印製電路板包括層數為三層以上的多層陶瓷印製電路板；該所述多層陶瓷印製電路板包括一塊熱沉基板和至少兩塊陶瓷基PCB板；所述多層陶瓷印製電路板的層數為所述熱沉基板數量和陶瓷基PCB板數量的總和；所述熱沉基板通過所述熱沉基板覆合層與一塊陶瓷基PCB板的陶瓷基板覆合層實現共晶熔融覆合聯接；同時該塊陶瓷基PCB板與其他陶瓷基PCB板之間藉助各自的所述陶瓷基板覆合層和同其相向的所述陶瓷基板覆合層之間的共晶熔融覆合，從而形成一體的多層陶瓷印製電路板。

所述各該陶瓷基PCB板需要覆合的兩相向的中間層的印製電子線路和/或導熱金屬面的圖形相互呈鏡像對稱，或至少大部分的印製電子線路和/或導熱金屬面的圖形呈鏡像對稱；所述各該陶瓷基PCB板需要覆合的兩相向的中間層的印製電子線路和/或導熱金屬面的圖形不對稱時，與該不對稱部分印製電子線路和/或導熱金屬面相向的那面應是空白的陶瓷面。

參與共晶熔融焊接的陶瓷基PCB板的所述陶瓷基底層的基底A面和基底B面上均設置有所述中間層時，各該所述中間層上的印製電子線路和/或導熱金屬面通過所述陶瓷基底層上的金屬孔電聯接；所述金屬孔包括被金屬柱狀物貫通填充的實心金屬孔和/或孔壁已被鍍覆金屬的金屬化通孔。

所述的多層陶瓷印製電路板包括兩塊熱沉基板；所述兩塊熱沉基板分別設置在所述多層陶瓷印製電路板的底面和頂面上；所述兩塊熱沉基板分別與同各該熱沉基板對應的陶瓷基PCB板共晶熔融覆合聯接；所述兩塊熱沉基板之間的各陶瓷基PCB板之間藉助各自的所述陶瓷基板覆合層和同其相向的所述陶瓷基板覆合層之間的共晶熔融覆合，從而形成底部和頂部都設置有熱沉基板的多層陶瓷印製電路板。

所述覆銅區的導熱金屬面與所述電子線路印製區中印製電子線路的局部功能網絡電聯接，或所述覆銅區的導熱金屬面與所述電子線路印製區中的印製電子線路整體地有電聯接。

所述電子線路印製區和所述覆銅區之間還設置有用於電絕緣的隔離區，所述隔離區上不設置所述陶瓷基板覆合層。

所述電子線路印製區包括用於設置高功率密度部件的高功率密度部件固定區、用於設置控制電路的控制電路區和用於布設電力電子線路的電力電子線路區。

所述陶瓷基板覆合層和所述熱沉基板覆合層上布覆的共晶材料包括為Au-Sn金錫合金、Au-Si金矽共晶材料、Au-Ge金鍺合金、Ag-Sn銀錫合金、Sn-Bi錫鉍合金、Sn-In錫銦合金或Sn-Pb錫鉛合金之任意一種。

所述陶瓷基板覆合層布覆的共晶材料是Au-Sn金錫合金、Au-Si金矽共晶材料、Au-Ge金鍺合金、Ag-Sn銀錫合金、Sn-Bi錫鉍合金、Sn-In錫銦合金或Sn-Pb錫鉛合金中的任意一種；所述熱沉基板覆合層為單層的金Au、錫Sn、矽Si、銀Ag、鍺Ge、鉍Bi、銦In、鎳Ni、鋰Li、Pd鈀或鋁Al；或者所述熱沉基板覆合層為是金Au、錫Sn、矽Si、銀Ag、鍺Ge、鉍Bi、銦In、鎳Ni、鋰Li、Pd鈀抑或鋁Al諸材料中任擇兩種或兩種以上的交替布覆的多層結構。

參與共晶焊接的相向設置的所述陶瓷基板覆合層和所述熱沉基板覆合層，互相有別地、分別均勻布覆有單層的或交替布覆多層的金Au、錫Sn、矽Si、銀Ag、鍺Ge、鉍Bi、銦In或鉛Pb諸元素材料之一種；參與共晶焊接的相向設置的所述陶瓷基板覆合層和所述熱沉基板覆合層，其各自用於熔融覆合的表層共晶材料是兩種互不相同的材料；所述該兩種材料在共晶焊接時，熔融覆合形成Au-Sn金錫合金、Au-Si金矽共晶層、Au-Ge金鍺合金、Ag-Sn銀錫合金、Sn-Bi錫鉍合金、Sn-In錫銦合金，以及Sn-Pb錫鉛合金中的任意一種。

所述陶瓷基板覆合層和所述熱沉基板覆合層的厚度分別為2微米至100微米。

所述陶瓷基板覆合層和所述熱沉基板覆合層的厚度分別為3微米至20微米。

所述陶瓷基底層的材質，採用導熱係數大於等於2 W/m·K的高導熱陶瓷材料；製作所述陶瓷基底層的陶瓷材料包括三氧化二鋁、氮化鋁、氮化矽和氧化鈹，所述陶瓷基底層為上述三種材料任選一種或兩種及兩種以上的組合。

所述相互覆合的多塊所述陶瓷基PCB板的陶瓷基底層的材質可以相同；或所述相互覆合的多塊陶瓷基PCB板的陶瓷基底層的材質各不相同；各不同的陶瓷基底層所用的材料依據不同層的導熱和絕緣需求選擇搭配。

所述熱沉基板的材質包括金屬、碳化矽或碳化矽鋁。

所述Au-Sn金錫合金，按質量百分比計，其中含金Au80.0%±2.0%，其餘為錫Sn。

所述Ag-Sn銀錫合金，按質量百分比計，其中含錫Sn96.5%±2.0%3.5%，其餘為銀Ag 。

所述Au-Ge金鍺合金，按質量百分比計，其中含金Au 88.0%±2.0%，其餘為鍺Ge。

所述Au-Si金矽共晶材料，按質量百分比計，其中含金Au 97.0%±2.0%，其餘為矽Si。

本實用新型為解決所述技術問題採用的技術方案還可以是一種用於製造前述多層陶瓷印製電路板的製造方法包括以下步驟，C1：在所述陶瓷基PCB板的所述陶瓷基底層上布覆共晶材料形成所述陶瓷基板覆合層；在所述熱沉基板的熱沉基底層布覆共晶材料形成所述熱沉基板覆合層；C2：將所述陶瓷基PCB板的陶瓷基板覆合層與所述熱沉基板的熱沉基板覆合層相向壓合，共同加熱到所用共晶材料的共晶溫度，進行共晶熔融覆合而將陶瓷基PCB板與熱沉基板熔融覆合聯接成為一體化的多層陶瓷印製電路板；當所述陶瓷基PCB板的數量為複數個時，各該陶瓷基PCB板之間藉助各自的所述陶瓷基板覆合層實現共晶熔融覆合。

本實用新型為解決所述技術問題採用的技術方案還可以是一種用於製造前述多層陶瓷印製電路板的製造方法包括以下步驟，D1：在所述熱沉基板的熱沉基底層布覆共晶材料形成所述熱沉基板覆合層；在所述陶瓷基PCB板的所述陶瓷基底層，需要與所述熱沉基板覆合層相向複合的那一面上，布覆共晶材料形成所述陶瓷基板覆合層，即使該所述陶瓷基板覆合層與所述陶瓷基底層之間直接聯接；在不和所述熱沉基板覆合層共晶熔融覆合連接的所述陶瓷基底層那一面，所述陶瓷基板覆合層與所述陶瓷基底層之間設置有中間層；在該中間層的電子線路印製區的印製電子線路各線條和各節點上均勻布覆共晶材料，和/或該的中間層的覆銅區的導熱金屬面上均勻布覆共晶材料，在所述中間層的印製電子線路各線條和各節點上和/或導熱金屬面上形成陶瓷基板覆合層；在布覆所述陶瓷基板覆合層之前，所述陶瓷基PCB板的中間層上已設置有印製有印製電子線路的電子線路印製區和用於中間層大面積覆蓋進行導熱和散熱的導熱金屬面即覆銅區；D2：將所述陶瓷基PCB板的陶瓷基板覆合層與所述熱沉基板的熱沉基板覆合層相向壓合，共同加熱到所用共晶材料的共晶溫度，進行共晶熔融覆合而將陶瓷基PCB板與熱沉基板熔融覆合聯接成為一體化的多層陶瓷印製電路板；當所述陶瓷基PCB板的數量為複數個時，各該陶瓷基PCB板之間藉助各自的所述陶瓷基板覆合層實現共晶熔融覆合。

本實用新型的技術效果是：1.陶瓷基板覆合層和熱沉基板覆合層之間不僅方便地通過共晶焊接實現多層陶瓷印製電路板的層間的機械聯接和電聯接，且大大提高了多層陶瓷印製電路板的導熱性能；2.熱沉基板覆合層、以及中間層的覆銅區以及覆銅區上的覆合層進一步地提高了多層陶瓷印製電路板的導熱性能；3.陶瓷基PCB板的陶瓷基底層所使用的陶瓷材質均為高導熱的陶瓷材料，具有很好的導熱性能和絕緣強度；本實用新型涉及的多層陶瓷印製電路板具有優越的導熱性能，特別適合高功率和高熱流密度的應用場合。

附圖說明

圖1是本實用新型優選實施例I即單通道COB-LED光源應用基板的軸測投影示意圖；

圖2是圖1中熱沉基板900的俯視示意圖，在圖中的實施例中設置有熱沉基板覆合層930；

圖3是本實用新型優選實施例I中的陶瓷基PCB板100基底A面112的俯視示意圖；圖中示出了陶瓷基底層110和覆合層130；

圖4是圖1中陶瓷基PCB板100的基底B面114的俯視示意圖；

圖5是圖4中陶瓷基PCB板100的側視示意圖；

圖6是圖1中熱沉基板900和圖3及圖4所示的陶瓷基PCB板100覆合形成的多層陶瓷印製電路板的俯視示意圖；

圖7是圖6的側視示意圖；

圖8是圖7中的G部分的放大示意圖；

圖9是本實用新型優選實施例II中，一塊陶瓷基PCB板100的陶瓷基底層110的其中一面的俯視示意圖；圖中僅示出了一塊陶瓷基PCB板100的陶瓷基底層110的一面，這一面可以是基底A面112也可以是基底B面114；所述電子線路印製區覆合層138與所述電子線路印製區128顯示為同一區域；所述覆銅區覆合層135與所述覆銅區125顯示為同一區域；

圖10是本實用新型優選實施例II的電子線路印製區128的分區俯視示意圖，圖中僅示出了一塊陶瓷基PCB板100的陶瓷基底層110的其中一面，這一面可以是基底A面112也可以是基底B面114。

具體實施方式

如圖1至8所示的多層陶瓷印製電路板10的一個單通道COB-LED光源應用基板的實施例中，一種設置有熱沉基板的多層陶瓷印製電路板10包括一塊陶瓷基PCB板100和一塊熱沉基板900；所述陶瓷基PCB板100包括用於絕緣和導熱散熱的陶瓷基底層110和用於共晶熔融焊聯接並實現導熱的陶瓷基板覆合層130；將所述陶瓷基底層110相互在總體上平行的兩表面分別稱作基底A面112和基底B面114，所述陶瓷基板覆合層130設置在所述基底A面112上，或所述陶瓷基板覆合層130設置在所述基底B面114上；所述熱沉基板900包括用於導熱散熱的熱沉基底層910和用於共晶熔融焊聯接並實現導熱的熱沉基板覆合層930；所述熱沉基板覆合層930覆在所述熱沉基底層910上；所述陶瓷基板覆合層130和所述熱沉基板覆合層930為具有共晶熔融特性的共晶材料層；所述陶瓷基板覆合層130和所述熱沉基板覆合層930貼合加熱共晶熔融焊接實現共晶覆合；從而將各該陶瓷基PCB板100和熱沉基板900熔融覆合聯接成為層數至少為兩層的多層陶瓷印製電路板10。

如圖2所示的多層陶瓷印製電路板10中，與所述熱沉基板覆合層930共晶熔融覆合聯接的所述陶瓷基板覆合層130直接或通過過渡金屬層，覆在所述陶瓷基底層110上，即該所述陶瓷基板覆合層130與所述陶瓷基底層110之間直接聯接或通過過渡金屬層聯接。所述陶瓷基PCB板100上，不和所述熱沉基板覆合層930共晶熔融覆合連接的所述陶瓷基板覆合層130與所述陶瓷基底層110之間設置有中間層120。該過渡金屬層的材質可以是鈦Ti或銅Cu或多種金屬的結合。

如圖2至10所示的實施例中，所述中間層120設置在所述基底A面112上，或所述中間層120設置在所述基底B面114上；所述中間層120用於印製電子線路和/或布設導熱金屬面；所述中間層120包括用於印製電子線路的電子線路印製區128和/或用於布設導熱金屬面的覆銅區125，所述覆銅區125在中間層大面積覆蓋、實現導熱和散熱；所述陶瓷基板覆合層130包括電子線路印製區覆合層138和/或覆銅區覆合層135；所述電子線路印製區覆合層138均勻布覆於所述電子線路印製區128的印製電子線路各線條和各節點上；所述覆銅區覆合層135均勻布覆於所述覆銅區125的導熱金屬面上。

當然在一些實施例中，陶瓷基PCB板100的中間層120上不需要進行共晶覆合連接的時候，可以不設置所述陶瓷基板覆合層130，即用於印製電子線路的電子線路印製區128上不設置電子線路印製區覆合層138，用於布設導熱金屬面的覆銅區125上也不設置所述覆銅區覆合層135。只是在需要進行共晶熔融的時候才在相應的地方覆上陶瓷基板覆合層130，以節省工藝和材料成本。

如圖2至9所示的實施例中，所述覆銅區125的導熱金屬面與所述電子線路印製區128中印製電子線路的局部功能網絡電聯接，或所述覆銅區125的導熱金屬面與所述電子線路印製區128中的印製電子線路整體地有電聯接。所述電子線路印製區128和所述覆銅區125之間還設置有用於電絕緣的隔離區127，所述隔離區127上不設置所述陶瓷基板覆合層130。

如圖10所示的實施例中，所述電子線路印製區128包括用於設置高功率密度部件的高功率密度部件固定區1283、用於設置控制電路的控制電路區1285和用於布設電力電子線路的電力電子線路區1287。

在一些圖中未示出的實施例中，所述多層陶瓷印製電路板10包括層數為三層以上的多層陶瓷印製電路板10；該所述多層陶瓷印製電路板10包括一塊熱沉基板900和至少兩塊陶瓷基PCB板100；所述多層陶瓷印製電路板10的層數為所述熱沉基板900數量和陶瓷基PCB板100數量的總和；所述熱沉基板900通過所述熱沉基板覆合層930與一塊陶瓷基PCB板100的陶瓷基板覆合層130實現共晶熔融覆合聯接；同時該塊陶瓷基PCB板100與其他陶瓷基PCB板100之間藉助各自的所述陶瓷基板覆合層130和同其相向的所述陶瓷基板覆合層130之間的共晶熔融覆合，從而形成一體的多層陶瓷印製電路板10。

在一些圖中未示出的實施例中，所述各該陶瓷基PCB板100需要覆合的兩相向的中間層的印製電子線路和/或導熱金屬面的圖形相互呈鏡像對稱，或至少大部分的印製電子線路和/或導熱金屬面的圖形呈鏡像對稱；所述各該陶瓷基PCB板100需要覆合的兩相向的中間層的印製電子線路和/或導熱金屬面的圖形不對稱時，與該不對稱部分印製電子線路和/或導熱金屬面相向的那面應是空白的陶瓷面。

在圖9中所示的實施例中，參與共晶熔融焊接的陶瓷基PCB板100的所述陶瓷基底層110的基底A面112和基底B面114上均設置有所述中間層120時，各該所述中間層120上的印製電子線路和/或導熱金屬面通過所述陶瓷基底層110上的金屬孔118電聯接；所述金屬孔118包括被金屬柱狀物貫通填充的實心金屬孔和/或孔壁已被鍍覆金屬的金屬化通孔。

在一些圖中未示出的實施例中，包括兩塊熱沉基板900；所述兩塊熱沉基板900分別設置在所述多層陶瓷印製電路板10的底面和頂面上；所述兩塊熱沉基板900分別與同各該熱沉基板900對應的陶瓷基PCB板100共晶熔融覆合聯接；所述兩塊熱沉基板900之間的各陶瓷基PCB板100之間藉助各自的所述陶瓷基板覆合層130和同其相向的所述陶瓷基板覆合層130之間的共晶熔融覆合，從而形成底部和頂部都設置有熱沉基板900的多層陶瓷印製電路板10。

在一些實施例中，所述陶瓷基板覆合層130和所述熱沉基板覆合層930上布覆的共晶材料包括為Au-Sn金錫合金、Au-Si金矽共晶材料、Au-Ge金鍺合金、Ag-Sn銀錫合金、Sn-Bi錫鉍合金、Sn-In錫銦合金或Sn-Pb錫鉛合金之任意一種。

在一些實施例中，所述陶瓷基板覆合層130布覆的共晶材料是Au-Sn金錫合金、Au-Si金矽共晶材料、Au-Ge金鍺合金、Ag-Sn銀錫合金、Sn-Bi錫鉍合金、Sn-In錫銦合金或Sn-Pb錫鉛合金中的任意一種；所述熱沉基板覆合層930為單層的金Au、錫Sn、矽Si、銀Ag、鍺Ge、鉍Bi、銦In、鎳Ni、鋰Li、Pd鈀或鋁Al；或者所述熱沉基板覆合層930為是金Au、錫Sn、矽Si、銀Ag、鍺Ge、鉍Bi、銦In、鎳Ni、鋰Li、Pd鈀抑或鋁Al諸材料中任擇兩種或兩種以上的交替布覆的多層結構。

在一些實施例中，參與共晶焊接的相向設置的所述陶瓷基板覆合層130和所述熱沉基板覆合層930，互相有別地、分別均勻布覆有單層的或交替布覆多層的金Au、錫Sn、矽Si、銀Ag、鍺Ge、鉍Bi、銦In或鉛Pb諸元素材料之一種；參與共晶焊接的相向設置的所述陶瓷基板覆合層130和所述熱沉基板覆合層930，其各自用於熔融覆合的表層共晶材料是兩種互不相同的材料；所述該兩種材料在共晶焊接時，熔融覆合形成Au-Sn金錫合金、Au-Si金矽共晶層、Au-Ge金鍺合金、Ag-Sn銀錫合金、Sn-Bi錫鉍合金、Sn-In錫銦合金，以及Sn-Pb錫鉛合金中的任意一種。

在一些實施例中，所述陶瓷基板覆合層130和所述熱沉基板覆合層930的厚度分別為2微米至100微米。所述陶瓷基板覆合層130和所述熱沉基板覆合層930的厚度分別為3微米至20微米。

所述陶瓷基板覆合層130優選的厚度還可以是6微米、8微米、10微米、20微米、50微米和80微米。所述熱沉基板覆合層930優選的厚度還可以是6微米、8微米、10微米、20微米、50微米和80微米。當然陶瓷基板覆合層130和熱沉基板覆合層930其厚度可以是其他合適的尺寸。

在一些實施例中，所述熱沉基板900的材質包括金屬、碳化矽或碳化矽鋁。

在部分實施例中，所述Au-Sn金錫合金中，金Au的質量百分比為80.0%，錫Sn的質量百分比為20.0%。其共晶溫度為280℃，即共晶焊接的熔點為280℃。

在部分實施例中，所述Ag-Sn銀錫合金中，銀Ag的質量百分比為3.5%，錫Sn的質量百分比為96.5%。

在部分實施例中，所述Au-Ge金鍺合金中，金Au的質量百分比為88.0%，鍺Ge的質量百分比為12.0%。其共晶溫度為356℃，即共晶焊接的熔點為356℃。

在部分實施例中，所述Au-Si金矽共晶材料中，金Au的質量百分比為97.0%，矽Si的質量百分比為3.0%。其共晶溫度為370℃，即共晶焊接的熔點為370℃。

所述共晶材料除了前述提到的Au-Sn金錫合金、Au-Si金矽共晶材料、Au-Ge金鍺合金、Ag-Sn銀錫合金、Sn-Bi錫鉍合金和Sn-In錫銦合金之外，還可以是其他任何具備共晶特性的共晶覆合材料。可根據不同陶瓷PCB板的應用場合和工藝設計需求，選擇合適的共晶材料即可。例如在不同溫度需求的應用中，可以選擇不同共晶溫度的共晶材料。

例如在優選的 Au-Sn金錫合金Au80Sn20和、Au-Si金矽共晶材料Au97Si3應用時，採用該兩種共晶材料的多層陶瓷PCB板，可以耐受更高的溫度，使得多層陶瓷板的應用範圍進一步擴大，比如Au-Si金矽共晶材料共晶後的基板可以耐受高達280度的回流焊工藝。

在需要和不同材質的面進行二次焊接或覆合時候，可以選擇與二次焊接符合材質共融性能更佳的共晶符合材料；例如含銀的焊料Sn-Ag，易於與鍍層含銀的端面接合；含金、含銦的合金焊料易於與鍍層含金的端面接合。

上述參與共晶覆合的單種材料可以被替換為任意一種常規的金屬材料或半導體材料。

在一些實施例中，所述陶瓷基底層110的材質，採用導熱係數大於等於2 W/m·K的高導熱陶瓷材料；製作所述陶瓷基底層110的陶瓷材料包括三氧化二鋁、氮化鋁、氮化矽和氧化鈹，所述陶瓷基底層110為上述三種材料任選一種或兩種及兩種以上的組合。三氧化二鋁或氮化鋁材質的基板的導熱係數遠高於普通FR4環氧玻璃布層壓板和現有其他陶瓷材質陶瓷層壓板的導熱係數；三氧化二鋁或氮化鋁材質的基板絕緣強度也遠高於鋁基層壓板的絕緣強度。

在一些實施例中，所述相互覆合的多塊所述陶瓷基PCB板100的陶瓷基底層110的材質可以相同；或所述相互覆合的多塊陶瓷基PCB板100的陶瓷基底層110的材質各不相同；各不同的陶瓷基底層110所用的材料依據不同層的導熱和絕緣需求選擇搭配。

如圖1、2和6所示，所述熱沉基板900為圓形，所述陶瓷基PCB板100為方形。在實際應用中，所述熱沉基板900和所述陶瓷基PCB板100的形狀可以根據應用的需求做成不同的形狀如方形、圓形或其他異形的形狀。所述熱沉基板900和所述陶瓷基PCB板100的厚度也可以根據實際散熱和導熱的需求合理設置其厚度。

如圖9所示，在部分實施例中，所述陶瓷基底層110的基底A面112和基底B面114上均設置有所述中間層120時，各該所述中間層120上的印製電子線路和/或導熱金屬面通過所述陶瓷基底層110上的金屬孔118電聯接；所述金屬孔118包括被金屬針貫通填充的實心金屬孔和孔壁已被鍍覆金屬的金屬化通孔。

在一些實施例中，所述金屬孔118在所述陶瓷基PCB板100用於製造多層陶瓷印製電路板10之前已經金屬化，在各所述陶瓷基PCB板100兩兩覆合成多層陶瓷印製電路板10後，由於共晶焊接具有很好的流動性，因此金屬化過孔的表面也參與共晶結合形成利於導熱的共晶層。所述金屬孔118包括實心金屬化孔和空心的金屬化通孔。當然實心金屬化孔的導熱性能優於空心的金屬化通孔。在部分極高導熱性能需求的地方，金屬孔可以設計成實心金屬化孔。此外所述各陶瓷基PCB板100上還可以設置設置有用於安裝定位的定位孔。

在一些實施例中，所述覆銅區125的導熱金屬面與所述電子線路印製區128中印製電子線路的局部功能網絡電聯接，或所述覆銅區125的導熱金屬面與所述電子線路印製區128中的印製電子線路整體地有電聯接。

在一些實施例中，所述陶瓷基底層110和所述中間層120之間互相電氣絕緣。所述中間層120的所述覆銅區125的導熱金屬面與所述陶瓷基板覆合層130之間既有電聯接也有機械聯接。同樣所述中間層120的電子線路印製區128的印製電子線路各線條和各節點上在覆合上所述陶瓷基板覆合層130時候，印製電子線路各線條和各節點與所述陶瓷基板覆合層130之間既有電聯接也有機械聯接。即所述電子線路印製區覆合層138均勻布覆在印製電子線路各線條和各節點上，所述電子線路印製區覆合層138與印製電子線路各線條和各節點上熔融覆合後實現電聯接和機械聯接；所述覆銅區覆合層135均勻布覆在所述覆銅區125的導熱金屬面上，所述覆銅區覆合層135與導熱金屬面熔融覆合後實現電聯接和機械聯接。

如圖9所示，上述多個實施例中的所述電子線路印製區128的印製電子線路材料包括銅Cu。所述金屬孔118在所述陶瓷基PCB板100用於製造多層陶瓷印製電路板10之前已經金屬化，在各所述陶瓷基PCB板100兩兩覆合成多層陶瓷印製電路板10後，由於共晶焊接具有很好的流動性，因此金屬化過孔的表面也參與共晶結合形成利於導熱的共晶層。所述金屬孔118包括實心金屬化孔和空心的金屬化通孔。當然實心金屬化孔的導熱性能優於空心的金屬化通孔。在部分極高導熱性能需求的地方，金屬孔可以設計成實心金屬化孔。

如圖10所示，在部分實施例中，所述電子線路印製區128包括用於設置高功率密度部件的高功率密度部件固定區1283、用於設置控制電路的控制電路區1285和用於設置電力電子線路的電力電路區1287。需要說明的是，在圖10中，只是為了說明方便進行的分區說明，實際的高功率密度部件固定區1283、控制線路區1285和電力電路區1287的區域劃分千差萬別，需依據實際的器件特徵進行布局。

上述多個實施例中的陶瓷基板覆合層130和熱沉基板覆合層930不僅可以非常方便通過共晶焊接實現多層陶瓷印製電路板10的層間聯接，且提高了電子線路印製區128的導熱性能。

上述多個實施例中間層120的覆銅區125以及覆銅區125上的覆合層130進一步的提高了多層陶瓷印製電路板10的導熱性能。

一種用於製造前述多層陶瓷印製電路板的製造方法包括以下步驟，C1：在所述陶瓷基PCB板100的所述陶瓷基底層110上布覆共晶材料形成所述陶瓷基板覆合層130；在所述熱沉基板900的熱沉基底層910布覆共晶材料形成所述熱沉基板覆合層930；C2：將所述陶瓷基PCB板100的陶瓷基板覆合層130與所述熱沉基板900的熱沉基板覆合層930相向壓合，共同加熱到所用共晶材料的共晶溫度，進行共晶熔融覆合而將陶瓷基PCB板100與熱沉基板900熔融覆合聯接成為一體化的多層陶瓷印製電路板10；當所述陶瓷基PCB板100的數量為複數個時，各該陶瓷基PCB板100之間藉助各自的所述陶瓷基板覆合層130實現共晶熔融覆合。

一種用於製造前述多層陶瓷印製電路板的製造方法包括以下步驟，D1：在所述熱沉基板900的熱沉基底層910布覆共晶材料形成所述熱沉基板覆合層930；在所述陶瓷基PCB板100的所述陶瓷基底層110，需要與所述熱沉基板覆合層930相向複合的那一面上，布覆共晶材料形成所述陶瓷基板覆合層130，所述陶瓷基板覆合層130直接或通過過渡金屬層，覆在所述陶瓷基底層110上，即該所述陶瓷基板覆合層130與所述陶瓷基底層110之間直接聯接或通過過渡金屬層聯接；在不和所述熱沉基板覆合層930共晶熔融覆合連接的所述陶瓷基底層110那一面，所述陶瓷基板覆合層130與所述陶瓷基底層110之間設置有中間層120；在該中間層120的電子線路印製區128的印製電子線路各線條和各節點上均勻布覆共晶材料，和/或該的中間層120的覆銅區125的導熱金屬面上均勻布覆共晶材料，在所述中間層120的印製電子線路各線條和各節點上和/或導熱金屬面上形成陶瓷基板覆合層130；在布覆所述陶瓷基板覆合層130之前，所述陶瓷基PCB板100的中間層120上已設置有印製有印製電子線路的電子線路印製區128和用於中間層大面積覆蓋進行導熱和散熱的導熱金屬面即覆銅區125；D2：將所述陶瓷基PCB板100的陶瓷基板覆合層130與所述熱沉基板900的熱沉基板覆合層930相向壓合，共同加熱到所用共晶材料的共晶溫度，進行共晶熔融覆合而將陶瓷基PCB板100與熱沉基板900熔融覆合聯接成為一體化的多層陶瓷印製電路板10；當所述陶瓷基PCB板100的數量為複數個時，各該陶瓷基PCB板100之間藉助各自的所述陶瓷基板覆合層130實現共晶熔融覆合。

本實用新型涉及的用於製造多層陶瓷印製電路板的製造方法中，覆合上述共晶材料還可以被替換為其他具有共晶特性適用於共晶焊接的其他材料。各種共晶材料根據其共晶材料的組份不同，具有不同的共晶溫度；涉及的共晶焊接的溫度範圍可以是在100攝氏度至800攝氏度之間，也可以在200攝氏度至400攝氏度之間；也有部分共晶材料的共晶溫度在100攝氏度至200攝氏度；也有部分共晶材料的共晶溫度在400攝氏度至800攝氏度。其中，有部分如Au-Sn金錫合金這樣的共晶材料的共晶溫度在300至330攝氏度之間，具體的溫度可以是310或320攝氏度。這樣的溫度範圍與現有PCB工藝兼容，適合規模化生產，避免了傳統多層陶瓷印製電路板10製作過程中的高溫和複雜工藝方法。

本實用新型中，所述「覆合」一詞在現有技術中的其他文獻中也稱之為「複合」；所述「聯接」一詞在現有技術中的其他文獻中有時也用作「連接」，但是本申請文件中的「聯接」的含義範圍不僅僅指「連接」，部分場合還有「聯合」的意思。

在本實用新型的多層陶瓷印製電路板中，熱沉基板覆合層不僅方便地通過共晶焊接實現多層陶瓷印製電路板的層間聯接，且提高了電子線路印製區的導熱性能；特別是熱沉基板本身以及陶瓷基PCB板中間層的覆銅區以及覆銅區上的陶瓷基板覆合層130進一步的提高了多層陶瓷印製電路板的導熱性能；陶瓷基PCB板的陶瓷基底層的陶瓷材質為三氧化二鋁、氮化鋁、氮化矽和氧化鈹中的任意一種或多種的混合物，具有很好的導熱性能和絕緣強度。熱沉基板覆合層和陶瓷基板覆合層130在實現層間聯接的同時，大大提高了多層陶瓷印製電路板的導熱性能；陶瓷基底層具有很好的導熱性能和絕緣強度，使得本實用新型的多層陶瓷印製電路板具有很好導熱性能，適合高功率和高熱流密度的應用場合，特別適合用於MOSFET，IGBT，LED等功率器件的封裝，同樣適合用於高功率CPU/MPU/GPU 集成電路的封裝，以及集成功率模組IPM和光引擎功率模組的應用。

相較於已知結構和工藝，熱沉基板、熱沉基板覆合層、以及中間層的覆銅區以及覆銅區上的覆合層不僅實現了層間的機械聯接和電聯接，也大大提高了多層陶瓷印製電路板的導熱性能；陶瓷基底和熱沉基板都具有很好的導熱性能和絕緣強度，使得本實用新型的多層陶瓷印製電路板具有很好的導熱性能適合高功率和高熱流密度的應用場合。

以上所述僅為本實用新型的實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。