用于填充陶瓷衬底的通孔的方法以及由此形成的陶瓷衬底通孔填充物与流程

本发明总体上涉及一种用于填充陶瓷衬底中的通孔的方法以及一种使用该方法填充的用于陶瓷衬底中的通孔的填充物，并且更特别地涉及一种用于填充陶瓷衬底中的通孔而且没有任何空隙的方法以及一种使用该方法填充的用于陶瓷衬底中的通孔的填充物。

背景技术

通常，作为陶瓷基底材料的例子，经常使用其中将金属箔如铜箔整体附接到陶瓷基底材料上的陶瓷dbc(直接结合的铜)衬底或者其中在陶瓷基底材料上形成铜镀层的陶瓷dpc。该陶瓷dbc衬底或该陶瓷dbc衬底在半导体功率模块中使用，具有比其中将铅布置在常规散热材料上的情况更高的散热特性，并且不需要散热板的粘附状态的检验过程。因而，该衬底具有以下优点：提供具有改进的可靠性、生产率、和一致性的半导体功率模块。

随着电动车辆数量增加，陶瓷dbc衬底或陶瓷dbc衬底的使用范围逐渐拓宽到汽车功率半导体模块。

该陶瓷dbc衬底或该陶瓷dbc衬底是通过使用烧制过程在高温下进行陶瓷基底材料与铜箔的界面结合来制造的。

在包括该陶瓷dbc衬底或该陶瓷dbc衬底的陶瓷衬底中，主要通过激光加工形成用于电连接在陶瓷基底材料的两个表面上形成的电路图案的通孔，并且然后使用镀覆或导电糊剂在其中形成导体。

然而，使用激光加工的陶瓷衬底中的通孔的直径从该陶瓷基底材料的一个表面到另一个表面逐渐减小。因而，当使用镀覆或导电糊剂在其中形成导体时，存在该导体不完全填充该通孔并且在其中形成大量空隙的问题。

在用于半导体功率模块的陶瓷衬底的情况下，随着所使用的功率强度增加必须保证稳定的工作可靠性。在通孔中形成空隙的情况下，当所使用的功率强度是预定值或更高时，存在难以保证工作可靠性的问题。

此外，在陶瓷衬底的情况下，在通孔中形成导体的过程期间，可能在该导体中形成大的空腔。在这种情况下，存在该陶瓷衬底的工作可靠性大大降低的问题。

公开文本

技术问题

本发明谨记上述问题，并且本发明的目的是提供一种用于通过在真空中将陶瓷衬底中的通孔中的导体熔化来填充该通孔的方法以及一种使用该方法填充的用于陶瓷衬底中的通孔的填充物。

技术解决方案

根据本发明的实施方案的用于填充陶瓷衬底的通孔的方法包括在陶瓷基底材料中形成通孔的通孔形成步骤、在该通孔中形成导体的导体形成步骤、以及在真空状态下熔化该导体并且使该导体冷却的真空熔化步骤。

该通孔形成步骤可以包括使用激光加工形成贯穿该陶瓷基底材料的两个表面的通孔。该通孔的直径可以从一个表面到另一个表面逐渐减小。

该导体形成步骤可以包括使用物理沉积方法在该通孔的内周表面上形成第一沉积导电层的第一沉积过程、使用该物理沉积方法在该通孔的第一沉积导电层上形成第二沉积导电层的第二沉积过程、以及使用镀覆在该通孔中形成镀覆体的镀覆过程，并且该真空熔化步骤可以包括在真空中熔化该镀覆体。

该物理沉积方法可以是选自以下各项中的一种：真空沉积、热沉积(蒸镀)、电子束沉积、激光沉积、溅射、和电弧离子镀。

该导体形成步骤可以包括形成用于在该陶瓷基底材料的两个表面上一起形成电路图案的电极层。

该第一沉积过程可以包括通过在陶瓷基底材料的表面上沉积第一沉积电极层来形成该第一沉积电极层，同时形成第一沉积导电层，该第二沉积过程可以包括通过在该第一沉积电极层上沉积第二沉积电极层来形成该第二沉积电极层，同时形成第二沉积导电层，并且该镀覆过程可以包括通过镀覆在该第二沉积电极层上形成镀覆电极层，同时形成导体，以便形成用于在该陶瓷基底材料的两个表面上一起形成电路图案的电极层。

根据本发明的实施方案的用于填充陶瓷衬底中的通孔的方法可以进一步包括：在真空熔化步骤之后，抛光这些电极层从而进行平坦化。

根据本发明的实施方案的用于陶瓷衬底中的通孔的填充物包括导体，该导体填充陶瓷基底材料的通孔并且具有熔化结构，该熔化结构在金属熔化后固化。

可以形成该导体以便完全填充该通孔，并且该导体可以包括在该通孔的内周表面上通过沉积形成的第一沉积导电层、在该第一沉积导电层上通过沉积形成的第二沉积导电层、以及在该通孔中形成的镀覆体，并且该镀覆体可以在与该第二沉积导电层接触时填充该通孔，并且可以具有熔化结构，该熔化结构在金属熔化后固化。

根据本发明的实施方案的用于该陶瓷衬底的通孔的填充物可以进一步包括所形成的电极层，以便在该陶瓷基底材料的两个表面上形成电路图案。

这些电极层可以包括在该陶瓷基底材料的两个表面上沉积的第一沉积电极层、在该陶瓷基底材料的两个表面上的第一沉积电极层上沉积的第二沉积电极层、以及在这些第二沉积电极层上镀覆的镀覆电极层。

该通孔的直径可以从一个表面到另一个表面逐渐减小。

有利效果

在本发明中，因为导体在真空中在通孔中熔化从而简单地填充陶瓷衬底中的通孔而且没有任何空隙，所以简化了该陶瓷衬底的制造方法并且降低了制造成本。

在本发明中，陶瓷衬底中的通孔被导体完全填充而且没有任何空隙，从而改进了该陶瓷衬底的工作可靠性并且当该陶瓷衬底用在高功率半导体模块中时保证了稳定的工作可靠性。

附图说明

图1是示出了根据本发明的用于填充陶瓷衬底中的通孔的方法的实施方案的过程视图；

图2是示出了根据本发明的用于填充陶瓷衬底中的通孔的方法的实施方案的示意图；并且

图3是示出了根据本发明的用于陶瓷衬底中的通孔的填充物的实施方案的横截面视图。

具体实施方式

将参考附图对本发明进行详细说明。将省略可能使本发明的主旨模糊不清的对已知功能和构造的重复描述和详细描述。提供本发明的实施方案，以便向本领域技术人员更全面地描述本发明。因而，附图等中的要素的形状和尺寸可能为了清楚而被夸大。

图1是示出了根据本发明的用于填充陶瓷衬底中的通孔的方法的实施方案的过程视图；并且图2是示出了根据本发明的用于填充陶瓷衬底中的通孔的方法的实施方案的示意图。

参照图1和图2，根据本发明的实施方案的用于填充陶瓷衬底中的通孔的方法包括在步骤s100中在陶瓷基底材料10中形成通孔11的通孔形成步骤、在步骤s200中在该通孔11中形成导体20的导体形成步骤、以及在步骤s300中在真空状态下熔化导体20并且使导体20冷却的真空熔化步骤。

该通孔形成步骤包括例如在步骤s100中使用激光加工形成贯穿该陶瓷基底材料10的两个表面的通孔11。

在步骤s100中，该通孔形成步骤可以使用钻孔加工代替激光加工来进行。

在步骤s100中的通孔形成步骤中，使用选自钻孔加工和激光加工中的一种方法在陶瓷基底材料10的必要部分(即，根据预定的电路设计的位置)中形成通孔。形成通孔11以便电连接在陶瓷基底材料10的两个表面上形成的电路图案。

在步骤s100中的通孔形成步骤中，当例如使用激光形成通孔11时，该通孔的直径从一个表面到另一个表面逐渐减小。

该导体形成步骤包括在通孔11中形成导体20，以便电连接在步骤s200中在陶瓷基底材料10的两个表面上形成的电路图案。在步骤s200中的导体形成步骤中，例如通过镀覆在通孔11中形成导体20。在步骤s200中的导体形成步骤中，作为另一个例子，通孔11用包括导电粉末和粘合剂的导电糊剂填充从而形成导体20。

在步骤s200中的导体形成步骤可以包括在步骤s210中使用物理沉积方法在通孔11的内周表面上形成第一沉积导电层21的第一沉积过程、在步骤s220中使用该物理沉积方法在通孔11中的第一沉积导电层21上形成第二沉积导电层22的第二沉积过程、以及在步骤s230中使用镀覆在通孔11中形成镀覆体23的镀覆过程。

在步骤s200中的导体形成步骤中，使用物理沉积方法将第一沉积导电层21和第一沉积导电层21各自形成为大于0μm并且10μm或更小的厚度。该物理沉积方法是例如真空沉积、热沉积(蒸镀)、电子束沉积、激光沉积、溅射、和电弧离子镀中的任一种。

该第一沉积过程包括在步骤s210中通过将靶材物理沉积到通孔11的内周表面上来形成具有优异的与陶瓷基底材料10的结合力的第一沉积导电层21。该靶材是例如具有优异的与陶瓷基底材料10的结合力的材料，如钛(ti)。

此外，该第二沉积过程包括在步骤s220中通过将靶材物理沉积到通孔11的内周表面上来形成第二沉积导电层22。该第二沉积过程包括在步骤s220中通过将靶材物理沉积到在通孔11的内周表面上的第一沉积导电层21上来形成具有优异的与镀覆体23的结合力的第二沉积导电层22。

在步骤s220中的第二沉积过程中，使用具有优异的与在通孔11中形成的镀覆体23的结合力的铜(cu)、银(ag)、金(au)、或铝(al)作为靶材。

应注意，可以对该靶材进行各种改进，取决于在步骤s220的第二沉积过程中通过镀覆形成的镀覆体23。

应注意，用于在陶瓷基底材料10的两个表面上形成电路图案的电极层30也可以在步骤s200中的导体形成步骤中形成。

即，用于在陶瓷基底材料10的两个表面上形成电路图案的电极层30可以在步骤s210中的第一沉积过程、步骤s220中的第二沉积过程、以及步骤s230中的镀覆过程的全部的过程中形成。

在步骤s210中的第一沉积过程中，第一沉积电极层31通过在陶瓷基底材料10的一个表面上进行沉积来形成，同时形成第一沉积导电层21。

在步骤s220中的第二沉积过程中，第二沉积电极层32通过在第一沉积电极层31上进行沉积来形成，同时形成第二沉积导电层22。

该镀覆过程包括在步骤s230中通过在第二沉积电极层32上进行镀覆形成镀覆电极层33，同时形成导体20。

此外，应注意，用于在陶瓷基底材料10的两个表面上形成电路图案的电极层30可以分别通过在步骤s230中在陶瓷基底材料10的两个表面被掩蔽的状态下进行镀覆过程来形成。

在这种情况下，如果需要的话，可以通过蚀刻去除在陶瓷基底材料10的两个表面上的通孔11的外周处形成的第一沉积电极层31和第二沉积电极层32。

在步骤s230的镀覆过程中，使用选自电镀和无电镀覆中的一种方法在该通孔11中形成镀覆体23。

镀覆体23是例如选自以下各项中的一种：铜(cu)、银(ag)、金(au)、和铝(al)、或包括选自铜(cu)、银(ag)、金(au)、和铝(al)中的一种或多种的合金。

此外，应注意，在镀覆过程s230中，可以使用能够通过镀覆形成通孔11中的镀覆体23的任何金属，该镀覆体用于电连接在陶瓷基底材料10的两个表面上形成的电路图案。

在步骤s230中的镀覆过程中，可能在镀覆体23中形成空隙或空腔。特别地，当通孔11的直径从一个表面到另一个表面逐渐减小时，可能在镀覆体23中形成更多空隙或空腔。这是因为在镀覆过程中首先填充具有小直径的部分，并且随后填充具有大直径的部分，使得更容易在镀覆体23中形成空隙或空腔。

在步骤s300中的真空熔化步骤中，将陶瓷基底材料10布置在真空状态的真空腔室中并且加热导体20从而将其熔化。该熔化包括熔化过程以及冷却并且然后使熔化的导体20固化的过程。

因此，在步骤s300中的真空熔化步骤中，在该导体20中形成的空隙或空腔被去除，从而通孔11被导体20完全填充。

在步骤s300中，该真空熔化步骤包括在真空下熔化镀覆体23。例如，当镀覆体23是铜时，在800℃至1200℃下加热镀覆体23从而将其熔化。

在步骤s300中的真空熔化步骤中，在真空状态下将导体20加热至熔点或更高从而将其熔化，由此去除导体20中的空隙或空腔。

在步骤s300的真空熔化步骤中，可以仅局部加热镀覆体23。

此外，当用于形成电路图案的电极层30在陶瓷基底材料10的两个表面上一起形成时，在步骤s200中的形成导体20的步骤可以进一步包括在步骤300中的真空熔化步骤后，抛光电极层30从而进行平坦化(未示出)。

这是因为电极层30的一部分可以与导体20一起熔化从而在步骤s300中的真空熔化步骤中在表面上形成不规则突起。

图3是示出了根据本发明的用于陶瓷衬底中的通孔的填充物的实施方案的横截面视图。

参照图3，使用根据本发明的用于填充陶瓷衬底中的通孔的方法填充的用于陶瓷衬底中的通孔的填充物包括导体20，该导体填充陶瓷基底材料10中的通孔11。导体20具有熔化结构，该熔化结构在金属熔化后固化。

此外，导体20包括在通孔11的内周表面上通过沉积形成的第一沉积导电层21、在第一沉积导电层21上通过沉积形成的第二沉积导电层22、以及在通孔11中形成的镀覆体23。例如，镀覆体23当与第二沉积导电层22接触时填充通孔11。

此外，根据本发明的用于陶瓷衬底的通孔的填充物包括所形成的电极层30，以便在陶瓷基底材料10的两个表面上形成电路图案。电极层30可以包括在陶瓷基底材料10的两个表面上沉积的第一沉积电极层31、在陶瓷基底材料10的两个表面上的第一沉积电极层31上沉积的第二沉积电极层32、以及在第二沉积电极层32上镀覆的镀覆电极层33。

形成导体20以便完全填充通孔11，并且从而其中没有空隙或空腔。

在本发明的实施方案中，在通孔11中的导体20可以在真空下熔化从而简单地填充陶瓷衬底中的通孔11而且没有任何空隙，由此简化了该陶瓷衬底的制造方法并且降低了制造成本。

在本发明的实施方案中，导体20完全填充银陶瓷衬底中的通孔11而且没有任何空隙，从而改进了陶瓷衬底的工作可靠性并且当该陶瓷衬底用在高功率半导体模块中时保证了稳定的工作可靠性。

尽管已经在以上描述了本发明的优选实施方案，但是也可以多种形式修改本发明，并且应理解，本领域技术人员可以在不背离本发明的所附权利要求书的情况下实现各种修改和改变。