基板和智能功率模块的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种基板和一种智能功率模块。

背景技术：

智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动器件(Deriver Integrated Circuit，即Driver IC)。由于具有高集成度、高可靠性等优势，赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动和变频家电常用的电力电子器件。

智能功率模块发热较大，因此需要良好的散热设计以解决可靠性问题，行业上常见的做法是在封装体上设置散热片并将散热片外露，属于半包封结构。目前，金属基线路板作为功率器件绝缘散热组件而广为应用，这些线路板板一般由金属基板、绝缘层、铜箔三层结构组成，其中以价廉、质轻的铝基板居多。

相关技术中，封装在模块内部的铝基线路板容易在潮湿的环境下受到来自包封料中离子的腐蚀，使线路板和包封料间分层，导致可靠性问题。

对于解决铝基板腐蚀问题，线路板行业通常将铝基板氧化处理后使用，但氧化后的铝基板与包封料间仍存在结合力差的问题。目前，行业上有对铝基板粗糙化的处理方法包括拉丝和喷砂。但对于带氧化铝层的铝基板，这些方法并不适用，一方面，拉丝破坏了氧化层结构，影响了防腐蚀效果，另一方面，喷砂不易粗糙化硬度较高的氧化铝层。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出了一种基板。

本实用新型的另一个目的在于提出了一种基板的制备方法。

本实用新型的另一个目的在于提出了一种智能功率模块。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例，提出了一种基板，包括：基板本体；合金电路布线层，设于所述基板本体的正侧；无机颗粒层，粘附于所述基板本体的背侧。

根据本实用新型的实施例的基板，通过在基板本体的背侧粘附形成无机颗粒层，提高了基板的粗糙度，也即提高基板本体与包封料之间的结合力，另外，由于无机颗粒层通常具备极高的热稳定性，因此，半导体加工过程的高温工艺和功率器件的高温散热均不会导致无机颗粒层的形状或薄膜应力发生较大地变化，更进一步地，无机颗粒层的热应力小，且导热效率高，因此，有助于基板和包封料之间的热传递，以提高功率器件的散热效率。

其中，无机颗粒层的制备过程兼容于标准CMOS工艺或其他先进半导体加工流程，因此，适于批量生产和推广应用。

根据本实用新型的上述实施例的基板，还可以具有以下技术特征：

优选地，基板本体为铝质基板。

根据本实用新型的实施例的基板，通过设置基板本体为铝质基板，一方面，由于铝分子量仅为26.98，因此，铝质基板具备轻便的特点，另一方面，由于铝的热导率为217.7W/mk，因此，铝质基板具备极高的导热性能，第三方面，铝质基板的工艺兼容度高，制作方法简单，因此，有助于降低半导体器件的生产成本。

优选地，基板本体包括：依次复合的氧化铝层和绝缘层，所述氧化层形成于所述铝质基板的表面。

根据本实用新型的实施例的基板，通过依次复合并经过图形化处理的氧化铝层和绝缘层，其中，氧化铝层可以是化学淀积形成或自然氧化形成，在粘附无机颗粒层后，具备极低的薄膜应力，同时具备极高的可靠性和致密性，其中，合金布线层可以是覆铜层，由于覆铜层耐腐蚀，作为基板的线路层，有助于提升半导体电路的可靠性。

优选地，氧化铝层的厚度范围为1～20微米。

优选地，氧化铝层的厚度为10微米。

优选地，无机颗粒层包括氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、氧化硅颗粒和氮化硅颗粒中的至少一种无机颗粒。

根据本实用新型的实施例的基板，通过设置无机颗粒层包括氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、氧化硅颗粒和氮化硅颗粒中的至少一种无机颗粒，上述无机颗粒层可以提高基板的表面粗糙度，进而提高基板和包封料之间的结合力，另外，由于上述无机颗粒的热稳定性高和耐腐蚀，因此，增加上述无机颗粒层不会恶化基板的表面应力和封装产品的可靠性。

优选地，无机颗粒层的粗糙度范围为1～500微米。

根据本实用新型的第二方面的实施例，提出了一种基板的制备方法，包括：在基板本体的正侧形成合金电路布线层；在所述基板本体的背侧形成无机颗粒层，以完成所述基板的制备。

根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，通过在基板本体的背侧粘附形成无机颗粒层，提高了基板的粗糙度，也即提高基板本体与包封料之间的结合力，另外，由于无机颗粒层通常具备极高的热稳定性，因此，半导体加工过程的高温工艺和功率器件的高温散热均不会导致无机颗粒层的形状或薄膜应力发生较大地变化，更进一步地，无机颗粒层的热应力小，且导热效率高，因此，有助于基板和包封料之间的热传递，以提高功率器件的散热效率。

其中，无机颗粒层的制备过程兼容于标准CMOS工艺或其他先进半导体加工流程，因此，适于批量生产和推广应用。

优选地，在基板本体的正侧形成合金电路布线层，具体包括以下步骤：在所述基板本体的表面形成氧化铝层，在所述基板本体的正侧的氧化铝层上形成绝缘层，并通过电镀工艺形成覆铜层；在所述基板本体的背侧的氧化铝层上形成无机颗粒层。

根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，通过依次复合并经过图形化处理的氧化铝层和绝缘层，其中，氧化铝层可以是化学淀积形成或自然氧化形成，在粘附无机颗粒层后，具备极低的薄膜应力，同时具备极高的可靠性和致密性，而合金电路布线层可以是覆铜层，由于覆铜层耐腐蚀，作为基板的线路层，有助于提升半导体电路的可靠性。

优选地，在所述合金电路布线层上形成无机颗粒层，以完成所述基板的制备，具体包括以下步骤：在所述氧化铝的背侧的氧化铝层上涂覆化学粘胶剂，并将无机颗粒散布于所述化学粘胶剂的表面；对粘附有所述无机颗粒的基板本体依次进行烘烤、清洗和干燥处理，以固化形成所述无机颗粒层。

根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，在氧化铝的表面涂覆化学粘胶剂，并将无机颗粒散布于化学粘胶剂的表面，以粘附于氧化铝层，并且对粘附有无机颗粒的基板本体依次进行烘烤、清洗和干燥处理，以固化形成无机颗粒层，上述无机颗粒层可以提高基板的表面粗糙度，进而提高基板和包封料之间的结合力，另外，由于上述无机颗粒的热稳定性高和耐腐蚀，因此，增加上述无机颗粒层不会恶化基板的表面应力和封装产品的可靠性。

根据本实用新型的第三方面的实施例，提出了一种智能功率模块，包括：基板，如上述第一方面任一项技术方案所述的基板，或采用如第二方面的制备方法制备而成；功率器件，焊接于基板的正侧的第一指定区域。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过在基板本体的背侧粘附形成无机颗粒层，提高了基板的粗糙度，也即提高基板本体与包封料之间的结合力，另外，由于无机颗粒层通常具备极高的热稳定性，因此，半导体加工过程的高温工艺和功率器件的高温散热均不会导致无机颗粒层的形状或薄膜应力发生较大地变化，更进一步地，无机颗粒层的热应力小，且导热效率高，因此，有助于基板和包封料之间的热传递，以提高功率器件的散热效率，进而提高了智能功率模块的可靠性。

其中，无机颗粒层的制备过程兼容于标准CMOS工艺或其他先进半导体加工流程，因此，适于批量生产和推广应用。

优选地，还包括：金属连线，连接于指定的功率器件和基板的正侧的第二指定区域。

优选地，还包括：封装外壳，全包覆于基板、金属连线和功率器件。

根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，通过设置封装外壳全包覆于基板、金属连线和功率器件，有助于降低电磁干扰对智能功率模块的影响，同时，由于基板具备高的粗糙度，提高了基板与封装外壳之间的结合力。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本实用新型的实施例的基板的示意图；

图2示出了根据本实用新型的基板的制备方法的实施例一的示意流程图；

图3示出了根据本实用新型的基板的制备方法的实施例二的示意图；

图4示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本实用新型的实施例的基板的示意图。

如图1所示，根据本实用新型的实施例的基板包括：基板本体102；合金电路布线层110，设于所述基板本体102的正侧；无机颗粒层106，粘附于所述基板本体102的背侧。

根据本实用新型的实施例的基板，通过在合金电路布线层110的背侧粘附形成无机颗粒层106，提高了基板的粗糙度，也即提高基板本体102与包封料116之间的结合力，另外，由于无机颗粒层106通常具备极高的热稳定性，因此，半导体加工过程的高温工艺和功率器件112的高温散热均不会导致无机颗粒层106的形状或薄膜应力发生较大地变化，更进一步地，无机颗粒层106的热应力小，且导热效率高，因此，有助于基板和包封料116之间的热传递，以提高功率器件112的散热效率。

其中，无机颗粒层106的制备过程兼容于标准CMOS工艺或其他先进半导体加工流程，因此，适于批量生产和推广应用。

根据本实用新型的上述实施例的基板，还可以具有以下技术特征：

优选地，基板本体102为铝质基板。

根据本实用新型的实施例的基板，通过设置基板本体102为铝质基板，一方面，由于铝分子量仅为26.98，因此，铝质基板具备轻便的特点，另一方面，由于铝的热导率为217.7W/mk，因此，铝质基板具备极高的导热性能，第三方面，铝质基板的工艺兼容度高，制作方法简单，因此，有助于降低半导体器件的生产成本。

优选地，基板本体102包括：依次复合的氧化铝层(如图1所示的正侧氧化铝层104A和如图1所示的背侧氧化铝层104B)和绝缘层108，所述氧化层形成于所述铝质基板的表面。

根据本实用新型的实施例的基板，通过依次复合并经过图形化处理的氧化铝层(如图1所示的正侧氧化铝层104A和如图1所示的背侧氧化铝层104B)和绝缘层108，其中，氧化铝层(如图1所示的正侧氧化铝层104A和如图1所示的背侧氧化铝层104B)可以是化学淀积形成或自然氧化形成，在粘附无机颗粒层106后，具备极低的薄膜应力，同时具备极高的可靠性和致密性，其中，合金布线层可以是覆铜层，由于覆铜层耐腐蚀，作为基板的线路层，有助于提升半导体电路的可靠性。

优选地，氧化铝层(如图1所示的正侧氧化铝层104A和如图1所示的背侧氧化铝层104B)的厚度范围为1～20微米。

优选地，氧化铝层(如图1所示的正侧氧化铝层104A和如图1所示的背侧氧化铝层104B)的厚度为10微米。

优选地，无机颗粒层106包括氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、氧化硅颗粒和氮化硅颗粒中的至少一种无机颗粒。

根据本实用新型的实施例的基板，通过设置无机颗粒层106包括氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、氧化硅颗粒和氮化硅颗粒中的至少一种无机颗粒，上述无机颗粒层106可以提高基板的表面粗糙度，进而提高基板和包封料116之间的结合力，另外，由于上述无机颗粒的热稳定性高和耐腐蚀，因此，增加上述无机颗粒层106不会恶化基板的表面应力和封装产品的可靠性。

优选地，无机颗粒层106的粗糙度范围为1～500微米。

图2示出了根据本实用新型的基板的制备方法的实施例一的示意流程图。

图3示出了根据本实用新型的基板的制备方法的实施例二的示意图。

下面结合图2和图3对根据本实用新型的实施例的基板的制备方法的多种实施例进行说明。

实施例一：

如图2所示，根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，包括：步骤202，在基板本体的正侧形成合金电路布线层；在所述基板本体的背侧形成无机颗粒层，以完成所述基板的制备。

根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，通过在基板本体的背侧粘附形成无机颗粒层，提高了基板的粗糙度，也即提高基板本体与包封料之间的结合力，另外，由于无机颗粒层通常具备极高的热稳定性，因此，半导体加工过程的高温工艺和功率器件的高温散热均不会导致无机颗粒层的形状或薄膜应力发生较大地变化，更进一步地，无机颗粒层的热应力小，且导热效率高，因此，有助于基板和包封料之间的热传递，以提高功率器件的散热效率。

其中，无机颗粒层的制备过程兼容于标准CMOS工艺或其他先进半导体加工流程，因此，适于批量生产和推广应用。

实施例二：

如图3所示，优选地，在基板本体的正侧形成合金电路布线层，具体包括以下步骤：步骤302，在所述基板本体的表面形成氧化铝层，在所述基板本体的正侧的氧化铝层上形成绝缘层，并通过电镀工艺形成覆铜层；步骤304，在所述基板本体的背侧的氧化铝层上形成无机颗粒层。

根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，通过依次复合并经过图形化处理的氧化铝层和绝缘层，其中，氧化铝层可以是化学淀积形成或自然氧化形成，在粘附无机颗粒层后，具备极低的薄膜应力，同时具备极高的可靠性和致密性，而合金电路布线层可以是覆铜层，由于覆铜层耐腐蚀，作为基板的线路层，有助于提升半导体电路的可靠性。

优选地，在所述合金电路布线层上形成无机颗粒层，以完成所述基板的制备，具体包括以下步骤：在所述氧化铝的背侧的氧化铝层上涂覆化学粘胶剂，并将无机颗粒散布于所述化学粘胶剂的表面；对粘附有所述无机颗粒的基板本体依次进行烘烤、清洗和干燥处理，以固化形成所述无机颗粒层。

根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，在氧化铝的表面涂覆化学粘胶剂，并将无机颗粒散布于化学粘胶剂的表面，以粘附于氧化铝层，并且对粘附有无机颗粒的基板本体依次进行烘烤、清洗和干燥处理，以固化形成无机颗粒层，上述无机颗粒层可以提高基板的表面粗糙度，进而提高基板和包封料之间的结合力，另外，由于上述无机颗粒的热稳定性高和耐腐蚀，因此，增加上述无机颗粒层不会恶化基板的表面应力和封装产品的可靠性。

图4示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的示意图。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块包括以下实施方式：

实施例一：

如图4所示，根据本实用新型的实施例的智能功率模块，包括：基板，如上述第一方面任一项技术方案所述的基板(如图1所示的实施例的基础上)，或采用如图2所示的基板的制备方法制备而成；功率器件112，焊接于基板的正侧的第一指定区域。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过在基板本体的背侧粘附形成无机颗粒层，提高了基板的粗糙度，也即提高基板本体与包封料之间的结合力，另外，由于无机颗粒层通常具备极高的热稳定性，因此，半导体加工过程的高温工艺和功率器件112的高温散热均不会导致无机颗粒层的形状或薄膜应力发生较大地变化，更进一步地，无机颗粒层的热应力小，且导热效率高，因此，有助于基板和包封料之间的热传递，以提高功率器件112的散热效率，进而提高了智能功率模块的可靠性。

其中，无机颗粒层的制备过程兼容于标准CMOS工艺或其他先进半导体加工流程，因此，适于批量生产和推广应用。

优选地，还包括：金属连线114，连接于指定的功率器件112和基板的正侧的第二指定区域。

优选地，还包括：封装外壳(如图1所示的包封料116形成)，全包覆于基板、金属连线114和功率器件112。

根据本实用新型的实施例的基板的制备方法，通过设置封装外壳(如图1所示的包封料116形成)全包覆于基板、金属连线114和功率器件112，有助于降低电磁干扰对智能功率模块的影响，同时，由于基板具备高的粗糙度，提高了基板与封装外壳之间的结合力。

实施例二：

根据本实用新型的实施例的智能功率模块包括：铝基线路板和对铝基线路板进行全包封的封装外壳。其中，铝基线路板其包括依次设置的颗粒层、第一阳极氧化铝层、纯铝层、第二阳极氧化铝层、导热绝缘层和线路层以及焊接在线路层上的电子元件和引线框架。

其中，导热绝缘层的厚度为100微米，第一阳极氧化铝层和第二阳极氧化铝层分别为10微米，颗粒层粗糙度为100微米。

根据本实用新型的智能功率模块的制备方法提出了以下实施方式：

结合图1和图4所示，以下实施例一和实施例二中，铝基线路板即为基板本体102的一种实施方式，第一阳极氧化铝层即为背侧的氧化铝层104B，第二阳极氧化铝层即为正侧的氧化铝层104A，颗粒层即为无机颗粒层106，导热绝缘层即为绝缘层108的一种实施方式，电解铜箔即合金电路布线层110的一种实施方式，电子元件即为功率器件112的一种实施方式，引线框架即为金属连线114，另外智能功率模块还包括：包封料116和引脚118。

实施例一：

根据本实用新型的智能功率模块的制备方法包括：

步骤S01.将带有第一阳极氧化铝层和第二阳极氧化铝层的纯铝层与导热绝缘层的电解铜箔，在热压机器内热压结合，制备成单面覆铜箔铝基板；

步骤S02.将所述单面覆铜箔铝基板在化学药水中浸泡，与导热绝缘层相结合的电解铜箔被按照一定的图案蚀刻成线路层；

步骤S03.将单面铝基板的第一阳极氧化铝层表面喷洒化学胶粘剂，再将无机粉末颗粒均匀设置于胶液表面，高温烘烤后，超声波清洗，干燥，形成颗粒层，从而得到铝基线路板；

步骤S04.线路层上焊接有相应的电子元件和引线框架；

步骤S05.将带有引线框架和电子元件的所述铝基线路板放置于封装模具内，将环氧包封料注入模具内，得到智能功率模块。

具体地，上述步骤S01中的第一阳极氧化铝层、纯铝层、第二阳极氧化铝层、导热绝缘层等各部件均如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02中，采用化学药水腐蚀单面覆铜箔铝基板，与导热绝缘层相结合的电解铜箔被按照一定的图案蚀刻成线路层。

上述步骤S03中，制备颗粒层；

上述步骤S04中，包封料如上文所述，优选为环氧包封料。当然，也可以根据实际生产的需要，选用本领域其他包封料。

上述步骤S05中，采用包封料封装铝基线路板：采用包封料对步骤S04制备的带有引线框架和电子元件的铝基线路板进行封装。

上述颗粒层的制备采用化学胶粘剂粘结无机粉末颗粒而得来，不仅能有效保护第一阳极氧化铝层的完成，且能使得在氧化铝层外表面具有一定的粗糙度，有效克服现有氧化铝层的粗化困难而导致结合力差的技术问题，粗糙的颗粒层有效的提升与封装外壳之间的结合力。

该智能功率模块由于选用上文所述的铝基线路板作为铝基线路板，因此，该铝基线路板与封装外壳之间的结合力强，结合后两者不分层，不开裂，正是两者优异的结合力使电子元件全封装的散热性能更优。同时，铝基线路板的第一阳极氧化铝层完整没有被腐蚀和破坏，因此，铝基线路板耐腐蚀性强。

正是具有铝基线路板与封装外壳之间的结合力强，散热性能更优，铝基线路板耐腐蚀性强，使得电子元件的综合可靠性相对现有的得以显著提升。

实施例二：

根据本实用新型的智能功率模块的制备方法包括：

(1)将带有第一阳极氧化铝层和第二阳极氧化铝层的纯铝层与导热绝缘层的电解铜箔，在热压机器内热压结合，制备成单面覆铜箔铝基板；

(2)将所述单面覆铜箔铝基板在化学药水中浸泡，与导热绝缘层相结合的电解铜箔被按照一定的图案蚀刻成线路层；

(3)将单面铝基板的第一阳极氧化铝层表面喷洒化学胶粘剂，再将无机粉末颗粒均匀设置于胶液表面，高温烘烤后，超声波清洗，干燥，形成颗粒层，从而得到铝基线路板；

(4)线路层上焊接有相应的电子元件和引线框架；

(5)将带有引线框架和电子元件的所述铝基线路板放置于封装模具内，将环氧包封料注入模具内，得到智能功率模块。

第二阳极氧化铝层能使得纯铝层与线路层之间绝缘，特别是焊接在线路层上的电子元件与纯铝层之间的绝缘。为了使得纯铝层与线路层之间绝缘特别是电子元件与纯铝层之间的绝缘效果更好，在优选实施例中，该第二阳极氧化铝层的厚度为1～20微米，更优选为10微米。该优选厚度的第二阳极氧化铝层能够使得电子元件与纯铝层绝缘耐电压高达300伏。

纯铝层、导热绝缘层、线路层均可以是本领域常规的结构，在本实用新型实施例中没有特别的要求。焊接在线路层上的电子元件可以根据实际的应用或者根据智能功率模块类型进行选用。

由上述可知，上述用于制备智能功率模块的铝基线路板的颗粒层是由化学胶粘剂粘结无机粉末颗粒而得来，颗粒层外表面具有本征粗糙的结构，从而显著提高了该铝基线路板与智能功率模块的封装外壳之间的结合力，结合后两者不分层，不开裂，使得智能功率模块的可靠性更高。

以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，考虑到相关技术中提出的如何提高全包封装可靠性和功率模块散热性能的技术问题，本实用新型提出了一种基板、基板的制备方法和智能功率模块，通过在基板本体的背侧粘附形成无机颗粒层，提高了基板的粗糙度，也即提高基板本体与包封料之间的结合力，另外，由于无机颗粒层通常具备极高的热稳定性，因此，半导体加工过程的高温工艺和功率器件的高温散热均不会导致无机颗粒层的形状或薄膜应力发生较大地变化，更进一步地，无机颗粒层的热应力小，且导热效率高，因此，有助于基板和包封料之间的热传递，以提高功率器件的散热效率。其中，无机颗粒层的制备过程兼容于标准CMOS工艺或其他先进半导体加工流程，因此，适于批量生产和推广应用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。