本發(fā)明涉及均溫板制造，具體涉及一種基于毛細(xì)芯的氮化鋁覆銅陶瓷均溫板及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、第三代半導(dǎo)體材料是指以氮化鎵(gan)、碳化硅(sic)、氧化鋅(zno)等寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的新型半導(dǎo)體材料。第三代半導(dǎo)體可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)體積的大幅縮小、產(chǎn)品效率成倍提升，將對(duì)裝備系統(tǒng)產(chǎn)生革命性的影響，是支撐下一代移動(dòng)通信、新能源汽車(chē)、高速列車(chē)、能源互聯(lián)網(wǎng)、新一代顯示與光源等產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)核心材料和關(guān)鍵電子元器件，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全(能源、交通、通信)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)(低碳、智能)方面都起到核心支撐作用。

2、電力電子器件集成化和小型化導(dǎo)致芯片局部溫度越來(lái)越高，發(fā)熱單元的電流密度增大，需要及時(shí)將熱量向外散出，以保證器件的正常工作。均溫板能夠解決電流密度集中導(dǎo)致的散熱問(wèn)題。然而，在電力電子器件上使用金屬均溫板存在諸多問(wèn)題：金屬板具有導(dǎo)電性，無(wú)法與電子元器件直接連接；陶瓷板具有絕緣性，無(wú)法直接繪制電路，均需增加附件，擴(kuò)大模塊體積；芯片與金屬板的熱膨脹系數(shù)差異較大，使用過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋，增加熱阻，降低產(chǎn)品使用壽命。陶瓷覆銅板具有優(yōu)異的散熱效率和絕緣性，且與芯片熱膨脹系數(shù)相當(dāng)，可滿足三代半導(dǎo)體的使用要求，拓寬均溫板的應(yīng)用領(lǐng)域和使用壽命。然而，由于陶瓷或硅化物的導(dǎo)熱率往往較低，導(dǎo)致陶瓷覆銅板絕緣襯底導(dǎo)熱率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬導(dǎo)熱率，導(dǎo)熱能力和均溫能力差，無(wú)法滿足半導(dǎo)體功率器件日益增長(zhǎng)散熱需求。

3、中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)cn115424986a公開(kāi)了一種具有均溫能力的絕緣襯底結(jié)構(gòu)及其制備方法，其中的絕緣襯底結(jié)構(gòu)包括對(duì)應(yīng)密封連接的上蓋板和下蓋板，上蓋板和下蓋板之間設(shè)有真空內(nèi)腔，真空內(nèi)腔灌注有液體工質(zhì)，上蓋板和下蓋板的外側(cè)面均為金屬層，上蓋板和下蓋板的內(nèi)側(cè)面均為陶瓷層，陶瓷層設(shè)有吸液芯，吸液芯設(shè)于真空內(nèi)腔內(nèi)。在上蓋板和下蓋板的陶瓷層設(shè)有吸液芯，通過(guò)工質(zhì)相變進(jìn)行高速散熱，散熱能力和均溫能力得到大幅提高，由于具有良好的導(dǎo)熱率，可實(shí)現(xiàn)功率器件在極端環(huán)境下的熱控制，保證功率器件對(duì)散熱和均溫的要求。絕緣襯底基板內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，可以靈活地控制絕緣襯底的厚度和平整度，在保證散熱性能的前提下使基板得以輕量化。然而，該制備方法無(wú)法直接在陶瓷面上制備線路，需要使用額外的工藝制備過(guò)渡層，連接均溫板陶瓷面與電路，這就大大增加了封裝體積。此外，過(guò)渡層的添加會(huì)額外增加熱阻，降低芯片散熱能力，無(wú)法滿足大電流大電壓器件的使用需求。

4、因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，需要實(shí)現(xiàn)一種基于毛細(xì)芯的氮化鋁覆銅陶瓷均溫板及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于毛細(xì)芯的氮化鋁覆銅陶瓷均溫板及其制備方法，該均溫板及其制備方法不僅能夠解決傳統(tǒng)金屬均溫板由于熱膨脹系數(shù)和絕緣問(wèn)題，而不適用于電力電子行業(yè)的問(wèn)題，還能夠解決純陶瓷均溫板難加工的問(wèn)題，通過(guò)amb覆銅板加工技術(shù)改進(jìn)，提高均溫板的可靠性，擴(kuò)大其適用范圍。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

3、一種基于毛細(xì)芯的氮化鋁覆銅陶瓷均溫板，該均溫板包括均溫腔體；所述均溫腔體為由環(huán)框、設(shè)置在所述環(huán)框頂部的第一氮化鋁覆銅板和設(shè)置在所述環(huán)框底部的第二氮化鋁覆銅板圍成的腔體；所述第一氮化鋁覆銅板包括依次設(shè)置的第一金屬層、第一氮化鋁陶瓷層和第二金屬層；所述第二氮化鋁覆銅板包括依次設(shè)置的第三金屬層、第二氮化鋁陶瓷層和第四金屬層；所述第三金屬層的頂部設(shè)置有毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)。

4、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)為開(kāi)設(shè)在所述第三金屬層頂部的若干條溝槽，所述溝槽的的深度為0.12mm，寬度為0.12mm。

5、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第一金屬層、所述第二金屬層、所述第三金屬層和所述第四金屬層均采用無(wú)氧銅箔制成。

6、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第一氮化鋁陶瓷層和所述第二氮化鋁陶瓷層均采用氮化鋁瓷片制成。

7、本發(fā)明還包括一種基于毛細(xì)芯的氮化鋁覆銅陶瓷均溫板的制備方法，該方法包括以下步驟：

8、s1、確定均溫板制備材料并清洗材料；所述材料包括氮化鋁瓷片、無(wú)氧銅箔和環(huán)框。

9、s2、利用氮化鋁瓷片制作氮化鋁基板，采用絲網(wǎng)印刷的方式在氮化鋁基板上均勻印制一層厚度為d的agcuti焊料，將印制完成的氮化鋁基板放置在真空烘箱中進(jìn)行烘干處理。

10、s3、將烘干后的氮化鋁瓷片放入真空排膠爐中，在真空排膠爐中進(jìn)行排膠。

11、s4、將無(wú)氧銅箔與步驟s3處理得到的氮化鋁瓷片疊放至一起，頂部配置配重塊，采用真空釬焊爐在真空環(huán)境下對(duì)無(wú)氧銅箔和氮化鋁瓷片進(jìn)行焊接處理，形成氮化鋁覆銅板；所述氮化鋁覆銅板分為第一氮化鋁覆銅板和第二氮化鋁覆銅板；

12、s5、對(duì)焊接好的第二氮化鋁覆銅板進(jìn)行貼膜、曝光、顯影、蝕刻、退膜工序處理，在處理好的第二氮化鋁覆銅板的正面制備出芯片電路圖形，背面制備出毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)圖形；

13、s6、使用焊料蝕刻液去除氮化鋁覆銅板上圖形間多余的焊料。

14、s7、采用銀銅焊工藝，在環(huán)框的上下兩端分別焊接第一氮化鋁覆銅板和第二氮化鋁覆銅板，形成均溫腔體。

15、s8、將工質(zhì)通過(guò)鼠尾灌封進(jìn)均溫腔體中，并對(duì)鼠尾進(jìn)行密封，均溫板制備完成。

16、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟s2中，d的取值為20μm。

17、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟s2中，所述真空烘箱的烘干溫度為100℃，烘干時(shí)間為30min。

18、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟s3中，所述真空排膠爐中的溫度為350～450℃，排膠時(shí)間為5h。

19、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟s4中，所述配重塊的重量為2～5kg；所述真空環(huán)境的溫度為850℃～910℃。

20、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟s7中，所述銀銅焊工藝的焊接溫度為780℃。

21、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

22、(1)在現(xiàn)有技術(shù)中，金屬均溫板是導(dǎo)體無(wú)法制備圖形，陶瓷均溫板需要通過(guò)鍍層或焊接的方式與電路圖形區(qū)相連接，以達(dá)到散熱目的，然而過(guò)渡層或焊接層的過(guò)渡會(huì)增加芯片與散熱區(qū)的熱阻，削弱芯片的直接散熱效果，降低芯片使用壽命。本發(fā)明將覆銅板制備技術(shù)與均溫板制備技術(shù)進(jìn)行了強(qiáng)關(guān)聯(lián)，一次性解決了封裝體積和電路連接兩個(gè)問(wèn)題，能夠有效保障芯片的快速散熱和模塊的小型化封裝。

23、(2)使用覆銅板制備均溫板的一大技術(shù)難點(diǎn)是如何將吸液芯與覆銅板連接上以形成蒸汽腔，保障工質(zhì)的揮發(fā)，形成快速散熱的效果。傳統(tǒng)方法是在蒸汽腔中填充蜂窩狀銅，利用銅絲直接的毛細(xì)效應(yīng)，促進(jìn)工質(zhì)液體的揮發(fā)與回流。然而，amb覆銅板的產(chǎn)品焊接工藝在800-900℃，銅或其他金屬毛細(xì)芯的燒結(jié)溫度均高于900℃，若燒結(jié)毛細(xì)芯于覆銅板上，將會(huì)破壞覆銅板本身的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能，降低產(chǎn)品可靠性。因此，本發(fā)明未使用傳統(tǒng)的金屬毛細(xì)芯燒結(jié)工藝，而是將毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換到覆銅板的銅層上，利用蝕刻工藝，在銅層上制備毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)，既保證了整體均溫板工藝結(jié)構(gòu)的完整性，又保障了工質(zhì)液體的快速揮發(fā)與回流，還減小了封裝體積。

24、(3)本發(fā)明提出一種新型陶瓷覆銅均溫板及其制備方法，通過(guò)活性金屬焊接(active?metal?brazing，amb)覆銅板生產(chǎn)工藝制備環(huán)框的上下蓋板；通過(guò)蝕刻工藝制備毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)吸熱散熱；通過(guò)蝕刻工藝制備電路圖形；通過(guò)密封環(huán)框構(gòu)建真空腔促進(jìn)蒸發(fā)吸熱循環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)新型氮化鋁覆銅陶瓷均溫板的制備。按照本發(fā)明方法制備出的基于毛細(xì)芯的氮化鋁覆銅陶瓷均溫板，當(dāng)量熱導(dǎo)率≥1500w/m·k，線膨脹系數(shù)≤10ppm/℃。