本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種散熱結(jié)構(gòu)、其制備方法和igbt模組。

背景技術(shù)：

1、金屬化陶瓷基板廣泛應(yīng)用于igbt芯片封裝，以給予igbt芯片機械支撐、電氣互聯(lián)以及絕緣散熱功能。

2、傳統(tǒng)的igbt模組（如圖1所示）中，金屬化陶瓷基板由陶瓷基板以及貼合于陶瓷基板兩面的金屬層構(gòu)成，陶瓷基板兩個面上的金屬層分別通過釬焊層與igbt芯片以及熱沉（heat?sink）連接，金屬化陶瓷基板與熱沉共同組成igbt芯片的散熱結(jié)構(gòu)。工作過程中，igbt芯片發(fā)出的熱量主要以垂直散熱為主，由于熱沉與金屬化陶瓷基板之間存在釬焊層，igbt芯片熱量傳輸?shù)綗岢列枰?jīng)過至少6層熱阻界面層（即不同的材料層界面），而熱阻界面層由于不同材料的晶體結(jié)構(gòu)相差較大，界面也會存在大量的缺陷，且對于熱阻界面層中金屬液相在凝固后會存在大量的空洞，也會形成成分的偏析，進而導(dǎo)致熱量在傳輸過程中會在熱阻界面層形成散射阻礙熱量的傳輸。

3、為提高igbt芯片散熱效率，現(xiàn)有技術(shù)中采用高熱導(dǎo)率熱沉或陶瓷材料組制封裝結(jié)構(gòu)，或在封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)采用更為復(fù)雜的液冷通道結(jié)構(gòu)設(shè)計，然而，這些方式無疑會顯著增加產(chǎn)品的成本和工藝的復(fù)雜性，且igbt芯片散熱效率提升較為有限。

4、針對上述，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種散熱結(jié)構(gòu)、其制備方法和igbt模組，旨在解決上述的問題或者至少緩解上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷。

2、本技術(shù)的第一方面提供一種散熱結(jié)構(gòu)的制備方法，散熱結(jié)構(gòu)用于供igbt芯片連接后散熱，包括以下步驟：

3、熱沉前處理工序，基于熱沉沿厚度方向的至少一面開設(shè)預(yù)設(shè)深度的盲槽，得到待結(jié)合熱沉；

4、金屬化陶瓷基板制備工序，對金屬片及陶瓷基板分別進行預(yù)處理后層疊貼合并進行燒制，得到沿厚度方向具有陶瓷層及金屬層的金屬化陶瓷基板；

5、基板前處理工序，基于金屬層沿厚度方向的表面進行圖案化處理，以使陶瓷層上沿厚度方向具有暴露面、且暴露面上的金屬層形成能夠匹配盲槽的金屬凸臺，對金屬凸臺表面進行第一表面處理后得到待結(jié)合基板；

6、一體化工序，將待結(jié)合基板上的金屬凸臺安裝于待結(jié)合熱沉的盲槽內(nèi)、并使暴露面與待結(jié)合熱沉表面貼合形成組合體，對組合體進行燒結(jié)固化處理，得到散熱結(jié)構(gòu)。

7、一些實施方式中，圖案化處理包括：在金屬層表面依次進行貼掩膜處理、曝光處理及顯影處理，使金屬層的部分表面按預(yù)設(shè)路徑沿厚度方向暴露于掩膜，隨后對暴露于掩膜部分的金屬層進行全蝕刻處理，以使陶瓷層上沿厚度方向具有暴露面、且暴露面上的金屬層形成能夠匹配盲槽的金屬凸臺；對金屬凸臺表面進行去掩膜處理，經(jīng)過第一表面處理后得到待結(jié)合基板。

8、一些實施方式中，制備方法滿足以下條件中的任一種：

9、（1）在全蝕刻處理處理后，陶瓷層表面呈陣列排布有多個金屬凸臺，在去掩膜處理處理后沿厚度方向?qū)μ沾蓪拥谋┞睹孢M行切割處理以形成線槽，并在第一表面處理后基于線槽進行裂片處理，得到多個待結(jié)合基板；

10、（2）金屬層為鋁、且熱沉為銅時，熱沉前處理工序還包括對盲槽表面進行第二表面處理；第二表面處理包括對盲槽表面鍍鎳形成鎳層；

11、（3）金屬層及熱沉均為鋁時，熱沉前處理工序還包括對盲槽表面進行第二表面處理；第二表面處理包括去除盲槽表面的氧化層，和/或在盲槽表面設(shè)置含鋁或鋁合金的過渡膜；

12、（4）金屬層及熱沉均為銅時，熱沉前處理工序還包括對盲槽表面進行第二表面處理；第二表面處理包括對盲槽表面進行氧化處理形成銅氧化層；

13、（5）金屬層為銅時，第一表面處理包括對金屬凸臺表面進行氧化處理形成銅氧化層；

14、（6）金屬層為鋁時，第一表面處理包括去除金屬凸臺表面的氧化層，和/或在金屬凸臺表面設(shè)置含鋁或鋁合金的過渡膜；

15、（7）金屬層為銅時，燒結(jié)固化處理在氮氣保護下進行；或者，金屬層為鋁時，燒結(jié)固化處理在真空環(huán)境下進行。

16、一些實施方式中，氧化處理包括濕法氧化或干法氧化；其中，濕法氧化通過化學(xué)試劑在銅表面引入氧元素，干法氧化通過在弱氧環(huán)境下將銅表面氧化形成銅氧化層。

17、一些實施方式中，金屬化陶瓷基板制備工序中，預(yù)處理包括：

18、在金屬片為銅時，對金屬片進行清潔及氧化處理，且對陶瓷基板進行清潔和/或表面改性處理；或者，在金屬片為鋁時，對金屬片及陶瓷基板分別進行清潔后，在清潔后的金屬片或陶瓷基板表面形成過渡金屬或非金屬薄膜。

19、一些實施方式中，制備方法滿足以下條件中的至少一者：

20、a、熱沉前處理工序中，預(yù)設(shè)深度小于或等于金屬層的厚度；

21、b、熱沉前處理工序中，待結(jié)合熱沉沿厚度方向的兩面分別開設(shè)有預(yù)設(shè)深度的盲槽，且待結(jié)合熱沉兩面上的盲槽沿厚度方向?qū)R；

22、c、一體化工序中，組合體安裝于定位模具中進行燒結(jié)固化處理；

23、d、一體化工序還包括基于經(jīng)過燒結(jié)固化處理后的組合體，沿厚度方向的垂向?qū)ΨQ切分熱沉，得到散熱結(jié)構(gòu)；

24、f、金屬片的原料為單種金屬或多種金屬復(fù)合得到的合金；可選的，金屬片包括銅、鋁或鎳中至少一種金屬元素；

25、g、陶瓷基板包括陶瓷氧化鋁陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板、氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷基板、氮化硅陶瓷基板或碳化硅陶瓷基板中的任一種。

26、一些實施方式中，一體化工序還包括基于經(jīng)過燒結(jié)固化處理后的組合體，對熱沉的厚度面上開設(shè)多個沿厚度方向的垂向間隔排布的通孔、并沿厚度方向的垂向?qū)ΨQ切分熱沉，以在熱沉表面形成扇翅結(jié)構(gòu)。

27、一些實施方式中，定位模具包括一殼體，殼體形成有收容槽，收容槽底部形成有至少一個承托槽，承托槽用于容納并承托組合體上背離熱沉一面的金屬凸臺，收容槽用于容納組合體并承托熱沉；其中，殼體的內(nèi)表面噴涂有無機隔離粉末；殼體采用碳化硅或氮化硅制成。

28、本技術(shù)的第二方面提供一種散熱結(jié)構(gòu)，采用如上述的制備方法制得，散熱結(jié)構(gòu)包括金屬化陶瓷基板及熱沉；金屬化陶瓷基板包括陶瓷層及貼合連接于陶瓷層表面的金屬層，金屬層用于沿厚度方向貼合連接igbt芯片；熱沉與陶瓷層背離金屬層的一面貼合連接并一體化成型。

29、本技術(shù)的第三方面提供一種igbt模組，包括如上的散熱結(jié)構(gòu)、釬焊層及igbt芯片，釬焊層沿厚度方向的兩面分別連接于igbt芯片與散熱結(jié)構(gòu)的金屬層表面。

30、本技術(shù)提供的一種散熱結(jié)構(gòu)、其制備方法和igbt模組相比現(xiàn)有技術(shù)，至少具備以下有益效果：

31、本技術(shù)通過對散熱結(jié)構(gòu)的制備方法的優(yōu)化設(shè)計，在熱沉前處理工序中于熱沉沿厚度方向的至少一面開設(shè)預(yù)設(shè)深度的盲槽，以利于與后續(xù)金屬化陶瓷基板上的金屬凸臺相匹配，提供一個精確的對接和結(jié)合面；金屬化陶瓷基板制備工序中，對金屬片及陶瓷基板分別進行預(yù)處理可以確保燒制之后兩者緊密結(jié)合，以形成具有陶瓷層及金屬層的金屬化陶瓷基板；在基板前處理工序中，通過基于金屬層進行圖案化處理，在陶瓷層的暴露面形成能夠匹配盲槽的金屬凸臺，圖案化處理能夠精確地控制金屬凸臺的形狀適度度，以利于實現(xiàn)金屬凸臺與盲槽之間的精確對接，金屬凸臺表面經(jīng)過第一表面處理可以增強金屬凸臺與盲槽之間的結(jié)合強度；一體化工序中，將待結(jié)合基板上的金屬凸臺安裝于待結(jié)合熱沉的盲槽內(nèi)，使暴露面與熱沉表面貼合形成組合體，以實現(xiàn)金屬化陶瓷基板與熱沉之間的精確對接和初步結(jié)合，隨后對組合體進行燒結(jié)固化處理，使金屬凸臺融合于盲槽內(nèi)，得到的散熱結(jié)構(gòu)中，陶瓷層直接貼合于熱沉表面，陶瓷層與熱沉之間不存在多余金屬層與釬焊層，散熱結(jié)構(gòu)具有較高散熱效率和整體穩(wěn)定性。

32、由此，通過金屬凸臺與盲槽的匹配安裝和燒結(jié)固化處理，散熱結(jié)構(gòu)的陶瓷層與熱沉之間不存在多余的金屬層和釬焊層，陶瓷層表面直接于熱沉表面貼合連接，有效地減少了熱阻界面層的數(shù)量，降低了熱量傳輸過程中的散射和阻礙，促使熱量能夠更高效地從igbt芯片傳輸?shù)綗岢?，從而提高散熱效率；相比傳統(tǒng)工藝而言，本技術(shù)提供的制備方法從熱量阻礙的本質(zhì)出發(fā)，使得igbt芯片熱量傳輸?shù)綗岢了枰?jīng)過的至少6層熱阻界面層降低至4層，無需采用高熱導(dǎo)率材料或復(fù)雜的液冷通道設(shè)計即可實現(xiàn)igbt芯片散熱效率的有效提高，進而使得生產(chǎn)成本和工藝復(fù)雜性得到顯著降低。