设置有热沉基板的多层陶瓷印制电路板的制作方法

本实用新型涉及半导体封装和应用领域，尤其涉及大电流、高电压、大功率的高功率密度的半导体装置所使用的多层陶瓷印制电路板及其制造方法，具体涉一种耐高温、适用于高导热、高电压和高功率密度应用的陶瓷线路板及其制造方法。

背景技术：

现有技术中的中最常见的是树脂材质的印制电路载板，如FR-4环氧玻璃布层压板，其中FR-4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级，因此目前一般电路板所用的FR-4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以环氧树脂加上填充剂以及玻璃纤维所做出的覆合材料。环氧玻璃布层压板高温下机械强度高，高湿下电气性能稳定性好，但是在一些大电流、高电压、大功率的半导体装置的应用中，其稳定性、绝缘强度、热膨胀系数和散热特性仍然不敌陶瓷基线路载板。尤其是在现在的半导体应用中，由于集成度的提高，带来高功率密度、高热流密度的需求，对普通的封装基板和应用基板来说，承受高功率密度、高热流密度是极大的挑战，难以胜任。且载板材料和硅的热膨胀差值难以搭配。

现有技术采用陶瓷载板的陶瓷线路板，其基底陶瓷材料的物理化学稳定性，具有高耐热性、高绝缘强度和低热膨胀系数，尤其是氧化铝陶瓷基线路载板在绝缘部分采用了与硅热膨胀相当接近的氧化铝陶瓷，使得在进行通孔时，可以实现更高配线密度的目标，因此陶瓷基板的出现克服了树脂印制基板难以克服的缺点。

现有技术中多层陶瓷印制电路板的制作方法通常采用陶瓷坯料烧制法，首先将原料的陶瓷粉、有机树脂、溶剂等等，利用球状粉碎器混合调制，直到混合液体形成牛奶状的陶瓷材料；接下来进行薄片成形，让陶瓷材料成型为绿带，导线则是利用钨粉末与有机载体混合之浆剂印制在绿带上，制成配线；利用了陶瓷绿带的易加工性，可以在绿带内的任意位置穿孔，透过在孔内部埋入导体，实现多层板的层间导通；接着经过共烧、镀镍、针的硬焊、镀金等一连串的步骤完成；最后再把积层中的导体和陶瓷同步进行烧结的动作，而完成陶瓷基电子线路板的制作流程。在整个制程中，最重要的步骤是绿带的成型，以及同步烧结的技术；在多片陶瓷坯料上及通孔内设置高熔点金属如钼Mu和钨W作为导体金属图形，与高导电金属铜Cu烧结在一起而成为多层陶瓷线路板。多层陶瓷线路板的烧结工艺复杂，难以大批量生产应用，工艺精度差无法做精细电路；高熔点金属与铜的结合力差有可靠性隐患，且导热系数低。

名词解释：

热沉：在英文文献中统称Heat sink或Heatsink，也称吸热器或再散热器或热沼，是指它的温度不随传递到它的热能大小变化，它可以是大气、大地等物体，航天工程上指用液氮壁板内表面涂黑漆来模拟宇宙冷黑环境的装置，工业上是指微型散热片，用来冷却电子芯片的装置。在本实用新型中，热沉是指在LED芯片及其应用中，用来封装LED芯片的散热基片，使得LED芯片安装在热沉上以帮助LED芯片散热从而稳定工作温度。

热沉在电子工程的领域中被归类为“被动性散热元件”，以导热性佳、质轻、易加工之金属或非金属或复合材料（多为铝或铜，碳化硅，碳化硅铝等）贴附于发热表面，以复合的热交换模式来将热传递到流体介质如空气、液体冷却剂中或附加的散热器。热沉主要用于高功率半导体器件，例如Mosfet/IGBT/LED。

共晶：共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶是在低于任一种组成物金属熔点的温度下所有成分的融合。共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段，是一个液态同时生成两个固态的平衡反应。其熔化温度称共晶温度。共晶合金具有特定的凝固点，共晶合金的基本特性是：两种不同的金属可在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成合金；这是共晶合金与其他非共晶合金最显著的差别。

共晶焊接：共晶焊接又称低熔点合金焊接，是利用共晶原理，使两种不同的金属在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成共晶融合状态后冷却形成共融晶体实现两个焊接面之间的共晶结合。

例如：在微电子器件中最常用的共晶焊是把硅芯片焊到镀金的底座或引线框上去，即“金-硅共晶焊”。众所周知，金的熔点1063℃，而硅的熔点更高，为1414℃。但是如果按照重量比为2.85％的硅和97.15％的金组合，就能形成熔点为363℃的共晶合金体。这就是金硅共晶焊的理论基础。 金-硅共晶焊的焊接过程是指在—定的温度(高于363℃)和一定的压力下，将硅芯片在镀金的底座上轻轻揉动摩擦，擦去界面不稳定的氧化层，使接触表面之间熔化，由二个固相形成—个液相。冷却后，当温度低于金硅共熔点(363℃)时，由液相形成的晶粒形式互相结合成机械混合物金-硅共融晶体，从而使硅芯片牢固地焊接在底座上，并形成良好的低阻欧姆接触。

氮化硅：其英文是Silicon nitride ；Si3N4 陶瓷是一种共价键化合物，基本结构单元为[ SiN4 ]四面体，硅原子位于四面体的中心，在其周围有四个氮原子，分别位于四面体的四个顶点，然后以每三个四面体共用一个原子的形式，在三维空间形成连续而又坚固的网络结构。氮化硅的很多性能都归结于此结构。Si3N4 热膨胀系数低、导热率高，故其耐热冲击性极佳。

氮化铝：其英文是Aluminum nitride；共价键化合物，属于六方晶系，铅锌矿型的晶体结构，呈白色或灰白色。氮化铝是原子晶体，属类金刚石氮化物，最高可稳定到2200℃。室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢、导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强，氮化铝还是电绝缘体，介电性能良好，是陶瓷线路板载板的优选材料之一。

三氧化二铝：也就是氧化铝，化学符号： ，纯净氧化铝是白色无定形粉末，俗称矾土，密度3.9-4.0g/cm3，熔点2050℃、沸点2980℃，不溶于水，为两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。 在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高。α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基。

导热系数：表征材料导热能力大小的物理量，单位是W/（m·K），中文念作瓦每米每开。其数值是物体中单位温度降度，即1米厚的材料的两侧温度相差1开氏温度时，单位时间内通过单位面积所传导的热量。

本申请文件中所指的具备高导热系数，是指导热系数大于等于2W/（m·K）。

MOS为英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写，中文含义为互补型氧化金属半导体。

MOSFET为英文Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的缩写，中文含义为金属氧化物半导体场效应晶体管。

IGBT为英文Insulated Gate Bipolar Translator的缩写，中文含义为绝缘栅门极晶体管。

CPU为英文Central Processing Unit的缩写，中文含义为中央处理器。

GPU为英文Graphic Processing Unit的缩写，中文含义为图形处理器。

MPU为英文 Micro Processor Unit 的缩写，中文含义为 微处理器。

IPM为英文Integrated Power Module的缩写，中文含义为集成功率模块。

PCB为英文Printed Circuit Board的缩写，中文含义为印制电路板。

LED为英文Light Emitting Diode的缩写，中文含义为发光二极管。

COB为英文Chip On Board的缩写,中文含义为板上芯片；板上芯片封装是裸芯片贴装技术之一，半导体芯片交接贴装在印制线路板上，芯片与基板的电气联接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。

COB光源：通过COB封装LED平面光源或集成光源又称COB光源；目前COB光源主要运用在室内外灯具照明中，如室内的射灯、筒灯、天花灯、吸顶灯、日光灯和灯带，室外的路灯、工矿灯、泛光灯及目前城市夜景的洗墙灯、发光字等。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于避免现有技术多层陶瓷线路板制作工艺复杂精度差、覆合导热系数低的不足之处而提出一种具有高导热性能的多层陶瓷线路板。

本实用新型为解决所述技术问题采用的技术方案是一种设置有热沉基板的多层陶瓷印制电路板，包括：至少一块陶瓷基PCB板和至少一块热沉基板；所述陶瓷基PCB板包括用于绝缘和导热散热的陶瓷基底层和用于共晶熔融焊联接并实现导热的陶瓷基板覆合层；将所述陶瓷基底层相互在总体上平行的两表面分别称作基底A面和基底B面，所述陶瓷基板覆合层设置在所述基底A面上，或所述陶瓷基板覆合层设置在所述基底B面上；所述热沉基板包括用于导热散热的热沉基底层和用于共晶熔融焊联接并实现导热的热沉基板覆合层；所述热沉基板覆合层覆在所述热沉基底层上；所述陶瓷基板覆合层和所述热沉基板覆合层均为具有共晶熔融特性的共晶材料层；所述陶瓷基板覆合层和所述热沉基板覆合层贴合加热共晶熔融焊接实现共晶覆合；从而将各该陶瓷基PCB板和热沉基板熔融覆合联接成为层数至少为两层的多层陶瓷印制电路板。

与所述热沉基板覆合层共晶熔融覆合联接的所述陶瓷基板覆合层直接或通过过渡金属层覆在所述陶瓷基底层上，即该所述陶瓷基板覆合层与所述陶瓷基底层之间直接联接或通过过渡金属层联接；所述陶瓷基PCB板上，不和所述热沉基板覆合层共晶熔融覆合连接的所述陶瓷基板覆合层与所述陶瓷基底层之间设置有中间层；所述中间层设置在所述基底A面上，或所述中间层设置在所述基底B面上；所述中间层用于印制电子线路和/或布设导热金属面；所述中间层包括用于印制电子线路的电子线路印制区和/或用于布设导热金属面的覆铜区，所述覆铜区在中间层大面积覆盖、实现导热和散热；所述陶瓷基板覆合层包括电子线路印制区覆合层和/或覆铜区覆合层；所述电子线路印制区覆合层均匀布覆于所述电子线路印制区的印制电子线路各线条和各节点上；所述覆铜区覆合层均匀布覆于所述覆铜区的导热金属面上。

所述多层陶瓷印制电路板包括层数为三层以上的多层陶瓷印制电路板；该所述多层陶瓷印制电路板包括一块热沉基板和至少两块陶瓷基PCB板；所述多层陶瓷印制电路板的层数为所述热沉基板数量和陶瓷基PCB板数量的总和；所述热沉基板通过所述热沉基板覆合层与一块陶瓷基PCB板的陶瓷基板覆合层实现共晶熔融覆合联接；同时该块陶瓷基PCB板与其他陶瓷基PCB板之间借助各自的所述陶瓷基板覆合层和同其相向的所述陶瓷基板覆合层之间的共晶熔融覆合，从而形成一体的多层陶瓷印制电路板。

所述各该陶瓷基PCB板需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形相互呈镜像对称，或至少大部分的印制电子线路和/或导热金属面的图形呈镜像对称；所述各该陶瓷基PCB板需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形不对称时，与该不对称部分印制电子线路和/或导热金属面相向的那面应是空白的陶瓷面。

参与共晶熔融焊接的陶瓷基PCB板的所述陶瓷基底层的基底A面和基底B面上均设置有所述中间层时，各该所述中间层上的印制电子线路和/或导热金属面通过所述陶瓷基底层上的金属孔电联接；所述金属孔包括被金属柱状物贯通填充的实心金属孔和/或孔壁已被镀覆金属的金属化通孔。

所述的多层陶瓷印制电路板包括两块热沉基板；所述两块热沉基板分别设置在所述多层陶瓷印制电路板的底面和顶面上；所述两块热沉基板分别与同各该热沉基板对应的陶瓷基PCB板共晶熔融覆合联接；所述两块热沉基板之间的各陶瓷基PCB板之间借助各自的所述陶瓷基板覆合层和同其相向的所述陶瓷基板覆合层之间的共晶熔融覆合，从而形成底部和顶部都设置有热沉基板的多层陶瓷印制电路板。

所述覆铜区的导热金属面与所述电子线路印制区中印制电子线路的局部功能网络电联接，或所述覆铜区的导热金属面与所述电子线路印制区中的印制电子线路整体地有电联接。

所述电子线路印制区和所述覆铜区之间还设置有用于电绝缘的隔离区，所述隔离区上不设置所述陶瓷基板覆合层。

所述电子线路印制区包括用于设置高功率密度部件的高功率密度部件固定区、用于设置控制电路的控制电路区和用于布设电力电子线路的电力电子线路区。

所述陶瓷基板覆合层和所述热沉基板覆合层上布覆的共晶材料包括为Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金之任意一种。

所述陶瓷基板覆合层布覆的共晶材料是Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金中的任意一种；所述热沉基板覆合层为单层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、Pd钯或铝Al；或者所述热沉基板覆合层为是金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、Pd钯抑或铝Al诸材料中任择两种或两种以上的交替布覆的多层结构。

参与共晶焊接的相向设置的所述陶瓷基板覆合层和所述热沉基板覆合层，互相有别地、分别均匀布覆有单层的或交替布覆多层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In或铅Pb诸元素材料之一种；参与共晶焊接的相向设置的所述陶瓷基板覆合层和所述热沉基板覆合层，其各自用于熔融覆合的表层共晶材料是两种互不相同的材料；所述该两种材料在共晶焊接时，熔融覆合形成Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶层、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金，以及Sn-Pb锡铅合金中的任意一种。

所述陶瓷基板覆合层和所述热沉基板覆合层的厚度分别为2微米至100微米。

所述陶瓷基板覆合层和所述热沉基板覆合层的厚度分别为3微米至20微米。

所述陶瓷基底层的材质，采用导热系数大于等于2 W/m·K的高导热陶瓷材料；制作所述陶瓷基底层的陶瓷材料包括三氧化二铝、氮化铝、氮化硅和氧化铍，所述陶瓷基底层为上述三种材料任选一种或两种及两种以上的组合。

所述相互覆合的多块所述陶瓷基PCB板的陶瓷基底层的材质可以相同；或所述相互覆合的多块陶瓷基PCB板的陶瓷基底层的材质各不相同；各不同的陶瓷基底层所用的材料依据不同层的导热和绝缘需求选择搭配。

所述热沉基板的材质包括金属、碳化硅或碳化硅铝。

所述Au-Sn金锡合金，按质量百分比计，其中含金Au80.0%±2.0%，其余为锡Sn。

所述Ag-Sn银锡合金，按质量百分比计，其中含锡Sn96.5%±2.0%3.5%，其余为银Ag 。

所述Au-Ge金锗合金，按质量百分比计，其中含金Au 88.0%±2.0%，其余为锗Ge。

所述Au-Si金硅共晶材料，按质量百分比计，其中含金Au 97.0%±2.0%，其余为硅Si。

本实用新型为解决所述技术问题采用的技术方案还可以是一种用于制造前述多层陶瓷印制电路板的制造方法包括以下步骤，C1：在所述陶瓷基PCB板的所述陶瓷基底层上布覆共晶材料形成所述陶瓷基板覆合层；在所述热沉基板的热沉基底层布覆共晶材料形成所述热沉基板覆合层；C2：将所述陶瓷基PCB板的陶瓷基板覆合层与所述热沉基板的热沉基板覆合层相向压合，共同加热到所用共晶材料的共晶温度，进行共晶熔融覆合而将陶瓷基PCB板与热沉基板熔融覆合联接成为一体化的多层陶瓷印制电路板；当所述陶瓷基PCB板的数量为复数个时，各该陶瓷基PCB板之间借助各自的所述陶瓷基板覆合层实现共晶熔融覆合。

本实用新型为解决所述技术问题采用的技术方案还可以是一种用于制造前述多层陶瓷印制电路板的制造方法包括以下步骤，D1：在所述热沉基板的热沉基底层布覆共晶材料形成所述热沉基板覆合层；在所述陶瓷基PCB板的所述陶瓷基底层，需要与所述热沉基板覆合层相向复合的那一面上，布覆共晶材料形成所述陶瓷基板覆合层，即使该所述陶瓷基板覆合层与所述陶瓷基底层之间直接联接；在不和所述热沉基板覆合层共晶熔融覆合连接的所述陶瓷基底层那一面，所述陶瓷基板覆合层与所述陶瓷基底层之间设置有中间层；在该中间层的电子线路印制区的印制电子线路各线条和各节点上均匀布覆共晶材料，和/或该的中间层的覆铜区的导热金属面上均匀布覆共晶材料，在所述中间层的印制电子线路各线条和各节点上和/或导热金属面上形成陶瓷基板覆合层；在布覆所述陶瓷基板覆合层之前，所述陶瓷基PCB板的中间层上已设置有印制有印制电子线路的电子线路印制区和用于中间层大面积覆盖进行导热和散热的导热金属面即覆铜区；D2：将所述陶瓷基PCB板的陶瓷基板覆合层与所述热沉基板的热沉基板覆合层相向压合，共同加热到所用共晶材料的共晶温度，进行共晶熔融覆合而将陶瓷基PCB板与热沉基板熔融覆合联接成为一体化的多层陶瓷印制电路板；当所述陶瓷基PCB板的数量为复数个时，各该陶瓷基PCB板之间借助各自的所述陶瓷基板覆合层实现共晶熔融覆合。

本实用新型的技术效果是：1.陶瓷基板覆合层和热沉基板覆合层之间不仅方便地通过共晶焊接实现多层陶瓷印制电路板的层间的机械联接和电联接，且大大提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；2.热沉基板覆合层、以及中间层的覆铜区以及覆铜区上的覆合层进一步地提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；3.陶瓷基PCB板的陶瓷基底层所使用的陶瓷材质均为高导热的陶瓷材料，具有很好的导热性能和绝缘强度；本实用新型涉及的多层陶瓷印制电路板具有优越的导热性能，特别适合高功率和高热流密度的应用场合。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例I即单通道COB-LED光源应用基板的轴测投影示意图；

图2是图1中热沉基板900的俯视示意图，在图中的实施例中设置有热沉基板覆合层930；

图3是本实用新型优选实施例I中的陶瓷基PCB板100基底A面112的俯视示意图；图中示出了陶瓷基底层110和覆合层130；

图4是图1中陶瓷基PCB板100的基底B面114的俯视示意图；

图5是图4中陶瓷基PCB板100的侧视示意图；

图6是图1中热沉基板900和图3及图4所示的陶瓷基PCB板100覆合形成的多层陶瓷印制电路板的俯视示意图；

图7是图6的侧视示意图；

图8是图7中的G部分的放大示意图；

图9是本实用新型优选实施例II中，一块陶瓷基PCB板100的陶瓷基底层110的其中一面的俯视示意图；图中仅示出了一块陶瓷基PCB板100的陶瓷基底层110的一面，这一面可以是基底A面112也可以是基底B面114；所述电子线路印制区覆合层138与所述电子线路印制区128显示为同一区域；所述覆铜区覆合层135与所述覆铜区125显示为同一区域；

图10是本实用新型优选实施例II的电子线路印制区128的分区俯视示意图，图中仅示出了一块陶瓷基PCB板100的陶瓷基底层110的其中一面，这一面可以是基底A面112也可以是基底B面114。

具体实施方式

如图1至8所示的多层陶瓷印制电路板10的一个单通道COB-LED光源应用基板的实施例中，一种设置有热沉基板的多层陶瓷印制电路板10包括一块陶瓷基PCB板100和一块热沉基板900；所述陶瓷基PCB板100包括用于绝缘和导热散热的陶瓷基底层110和用于共晶熔融焊联接并实现导热的陶瓷基板覆合层130；将所述陶瓷基底层110相互在总体上平行的两表面分别称作基底A面112和基底B面114，所述陶瓷基板覆合层130设置在所述基底A面112上，或所述陶瓷基板覆合层130设置在所述基底B面114上；所述热沉基板900包括用于导热散热的热沉基底层910和用于共晶熔融焊联接并实现导热的热沉基板覆合层930；所述热沉基板覆合层930覆在所述热沉基底层910上；所述陶瓷基板覆合层130和所述热沉基板覆合层930为具有共晶熔融特性的共晶材料层；所述陶瓷基板覆合层130和所述热沉基板覆合层930贴合加热共晶熔融焊接实现共晶覆合；从而将各该陶瓷基PCB板100和热沉基板900熔融覆合联接成为层数至少为两层的多层陶瓷印制电路板10。

如图2所示的多层陶瓷印制电路板10中，与所述热沉基板覆合层930共晶熔融覆合联接的所述陶瓷基板覆合层130直接或通过过渡金属层，覆在所述陶瓷基底层110上，即该所述陶瓷基板覆合层130与所述陶瓷基底层110之间直接联接或通过过渡金属层联接。所述陶瓷基PCB板100上，不和所述热沉基板覆合层930共晶熔融覆合连接的所述陶瓷基板覆合层130与所述陶瓷基底层110之间设置有中间层120。该过渡金属层的材质可以是钛Ti或铜Cu或多种金属的结合。

如图2至10所示的实施例中，所述中间层120设置在所述基底A面112上，或所述中间层120设置在所述基底B面114上；所述中间层120用于印制电子线路和/或布设导热金属面；所述中间层120包括用于印制电子线路的电子线路印制区128和/或用于布设导热金属面的覆铜区125，所述覆铜区125在中间层大面积覆盖、实现导热和散热；所述陶瓷基板覆合层130包括电子线路印制区覆合层138和/或覆铜区覆合层135；所述电子线路印制区覆合层138均匀布覆于所述电子线路印制区128的印制电子线路各线条和各节点上；所述覆铜区覆合层135均匀布覆于所述覆铜区125的导热金属面上。

当然在一些实施例中，陶瓷基PCB板100的中间层120上不需要进行共晶覆合连接的时候，可以不设置所述陶瓷基板覆合层130，即用于印制电子线路的电子线路印制区128上不设置电子线路印制区覆合层138，用于布设导热金属面的覆铜区125上也不设置所述覆铜区覆合层135。只是在需要进行共晶熔融的时候才在相应的地方覆上陶瓷基板覆合层130，以节省工艺和材料成本。

如图2至9所示的实施例中，所述覆铜区125的导热金属面与所述电子线路印制区128中印制电子线路的局部功能网络电联接，或所述覆铜区125的导热金属面与所述电子线路印制区128中的印制电子线路整体地有电联接。所述电子线路印制区128和所述覆铜区125之间还设置有用于电绝缘的隔离区127，所述隔离区127上不设置所述陶瓷基板覆合层130。

如图10所示的实施例中，所述电子线路印制区128包括用于设置高功率密度部件的高功率密度部件固定区1283、用于设置控制电路的控制电路区1285和用于布设电力电子线路的电力电子线路区1287。

在一些图中未示出的实施例中，所述多层陶瓷印制电路板10包括层数为三层以上的多层陶瓷印制电路板10；该所述多层陶瓷印制电路板10包括一块热沉基板900和至少两块陶瓷基PCB板100；所述多层陶瓷印制电路板10的层数为所述热沉基板900数量和陶瓷基PCB板100数量的总和；所述热沉基板900通过所述热沉基板覆合层930与一块陶瓷基PCB板100的陶瓷基板覆合层130实现共晶熔融覆合联接；同时该块陶瓷基PCB板100与其他陶瓷基PCB板100之间借助各自的所述陶瓷基板覆合层130和同其相向的所述陶瓷基板覆合层130之间的共晶熔融覆合，从而形成一体的多层陶瓷印制电路板10。

在一些图中未示出的实施例中，所述各该陶瓷基PCB板100需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形相互呈镜像对称，或至少大部分的印制电子线路和/或导热金属面的图形呈镜像对称；所述各该陶瓷基PCB板100需要覆合的两相向的中间层的印制电子线路和/或导热金属面的图形不对称时，与该不对称部分印制电子线路和/或导热金属面相向的那面应是空白的陶瓷面。

在图9中所示的实施例中，参与共晶熔融焊接的陶瓷基PCB板100的所述陶瓷基底层110的基底A面112和基底B面114上均设置有所述中间层120时，各该所述中间层120上的印制电子线路和/或导热金属面通过所述陶瓷基底层110上的金属孔118电联接；所述金属孔118包括被金属柱状物贯通填充的实心金属孔和/或孔壁已被镀覆金属的金属化通孔。

在一些图中未示出的实施例中，包括两块热沉基板900；所述两块热沉基板900分别设置在所述多层陶瓷印制电路板10的底面和顶面上；所述两块热沉基板900分别与同各该热沉基板900对应的陶瓷基PCB板100共晶熔融覆合联接；所述两块热沉基板900之间的各陶瓷基PCB板100之间借助各自的所述陶瓷基板覆合层130和同其相向的所述陶瓷基板覆合层130之间的共晶熔融覆合，从而形成底部和顶部都设置有热沉基板900的多层陶瓷印制电路板10。

在一些实施例中，所述陶瓷基板覆合层130和所述热沉基板覆合层930上布覆的共晶材料包括为Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金之任意一种。

在一些实施例中，所述陶瓷基板覆合层130布覆的共晶材料是Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金或Sn-Pb锡铅合金中的任意一种；所述热沉基板覆合层930为单层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、Pd钯或铝Al；或者所述热沉基板覆合层930为是金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In、镍Ni、锂Li、Pd钯抑或铝Al诸材料中任择两种或两种以上的交替布覆的多层结构。

在一些实施例中，参与共晶焊接的相向设置的所述陶瓷基板覆合层130和所述热沉基板覆合层930，互相有别地、分别均匀布覆有单层的或交替布覆多层的金Au、锡Sn、硅Si、银Ag、锗Ge、铋Bi、铟In或铅Pb诸元素材料之一种；参与共晶焊接的相向设置的所述陶瓷基板覆合层130和所述热沉基板覆合层930，其各自用于熔融覆合的表层共晶材料是两种互不相同的材料；所述该两种材料在共晶焊接时，熔融覆合形成Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶层、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金、Sn-In锡铟合金，以及Sn-Pb锡铅合金中的任意一种。

在一些实施例中，所述陶瓷基板覆合层130和所述热沉基板覆合层930的厚度分别为2微米至100微米。所述陶瓷基板覆合层130和所述热沉基板覆合层930的厚度分别为3微米至20微米。

所述陶瓷基板覆合层130优选的厚度还可以是6微米、8微米、10微米、20微米、50微米和80微米。所述热沉基板覆合层930优选的厚度还可以是6微米、8微米、10微米、20微米、50微米和80微米。当然陶瓷基板覆合层130和热沉基板覆合层930其厚度可以是其他合适的尺寸。

在一些实施例中，所述热沉基板900的材质包括金属、碳化硅或碳化硅铝。

在部分实施例中，所述Au-Sn金锡合金中，金Au的质量百分比为80.0%，锡Sn的质量百分比为20.0%。其共晶温度为280℃，即共晶焊接的熔点为280℃。

在部分实施例中，所述Ag-Sn银锡合金中，银Ag的质量百分比为3.5%，锡Sn的质量百分比为96.5%。

在部分实施例中，所述Au-Ge金锗合金中，金Au的质量百分比为88.0%，锗Ge的质量百分比为12.0%。其共晶温度为356℃，即共晶焊接的熔点为356℃。

在部分实施例中，所述Au-Si金硅共晶材料中，金Au的质量百分比为97.0%，硅Si的质量百分比为3.0%。其共晶温度为370℃，即共晶焊接的熔点为370℃。

所述共晶材料除了前述提到的Au-Sn金锡合金、Au-Si金硅共晶材料、Au-Ge金锗合金、Ag-Sn银锡合金、Sn-Bi锡铋合金和Sn-In锡铟合金之外，还可以是其他任何具备共晶特性的共晶覆合材料。可根据不同陶瓷PCB板的应用场合和工艺设计需求，选择合适的共晶材料即可。例如在不同温度需求的应用中，可以选择不同共晶温度的共晶材料。

例如在优选的 Au-Sn金锡合金Au80Sn20和、Au-Si金硅共晶材料Au97Si3应用时，采用该两种共晶材料的多层陶瓷PCB板，可以耐受更高的温度，使得多层陶瓷板的应用范围进一步扩大，比如Au-Si金硅共晶材料共晶后的基板可以耐受高达280度的回流焊工艺。

在需要和不同材质的面进行二次焊接或覆合时候，可以选择与二次焊接符合材质共融性能更佳的共晶符合材料；例如含银的焊料Sn-Ag，易于与镀层含银的端面接合；含金、含铟的合金焊料易于与镀层含金的端面接合。

上述参与共晶覆合的单种材料可以被替换为任意一种常规的金属材料或半导体材料。

在一些实施例中，所述陶瓷基底层110的材质，采用导热系数大于等于2 W/m·K的高导热陶瓷材料；制作所述陶瓷基底层110的陶瓷材料包括三氧化二铝、氮化铝、氮化硅和氧化铍，所述陶瓷基底层110为上述三种材料任选一种或两种及两种以上的组合。三氧化二铝或氮化铝材质的基板的导热系数远高于普通FR4环氧玻璃布层压板和现有其他陶瓷材质陶瓷层压板的导热系数；三氧化二铝或氮化铝材质的基板绝缘强度也远高于铝基层压板的绝缘强度。

在一些实施例中，所述相互覆合的多块所述陶瓷基PCB板100的陶瓷基底层110的材质可以相同；或所述相互覆合的多块陶瓷基PCB板100的陶瓷基底层110的材质各不相同；各不同的陶瓷基底层110所用的材料依据不同层的导热和绝缘需求选择搭配。

如图1、2和6所示，所述热沉基板900为圆形，所述陶瓷基PCB板100为方形。在实际应用中，所述热沉基板900和所述陶瓷基PCB板100的形状可以根据应用的需求做成不同的形状如方形、圆形或其他异形的形状。所述热沉基板900和所述陶瓷基PCB板100的厚度也可以根据实际散热和导热的需求合理设置其厚度。

如图9所示，在部分实施例中，所述陶瓷基底层110的基底A面112和基底B面114上均设置有所述中间层120时，各该所述中间层120上的印制电子线路和/或导热金属面通过所述陶瓷基底层110上的金属孔118电联接；所述金属孔118包括被金属针贯通填充的实心金属孔和孔壁已被镀覆金属的金属化通孔。

在一些实施例中，所述金属孔118在所述陶瓷基PCB板100用于制造多层陶瓷印制电路板10之前已经金属化，在各所述陶瓷基PCB板100两两覆合成多层陶瓷印制电路板10后，由于共晶焊接具有很好的流动性，因此金属化过孔的表面也参与共晶结合形成利于导热的共晶层。所述金属孔118包括实心金属化孔和空心的金属化通孔。当然实心金属化孔的导热性能优于空心的金属化通孔。在部分极高导热性能需求的地方，金属孔可以设计成实心金属化孔。此外所述各陶瓷基PCB板100上还可以设置设置有用于安装定位的定位孔。

在一些实施例中，所述覆铜区125的导热金属面与所述电子线路印制区128中印制电子线路的局部功能网络电联接，或所述覆铜区125的导热金属面与所述电子线路印制区128中的印制电子线路整体地有电联接。

在一些实施例中，所述陶瓷基底层110和所述中间层120之间互相电气绝缘。所述中间层120的所述覆铜区125的导热金属面与所述陶瓷基板覆合层130之间既有电联接也有机械联接。同样所述中间层120的电子线路印制区128的印制电子线路各线条和各节点上在覆合上所述陶瓷基板覆合层130时候，印制电子线路各线条和各节点与所述陶瓷基板覆合层130之间既有电联接也有机械联接。即所述电子线路印制区覆合层138均匀布覆在印制电子线路各线条和各节点上，所述电子线路印制区覆合层138与印制电子线路各线条和各节点上熔融覆合后实现电联接和机械联接；所述覆铜区覆合层135均匀布覆在所述覆铜区125的导热金属面上，所述覆铜区覆合层135与导热金属面熔融覆合后实现电联接和机械联接。

如图9所示，上述多个实施例中的所述电子线路印制区128的印制电子线路材料包括铜Cu。所述金属孔118在所述陶瓷基PCB板100用于制造多层陶瓷印制电路板10之前已经金属化，在各所述陶瓷基PCB板100两两覆合成多层陶瓷印制电路板10后，由于共晶焊接具有很好的流动性，因此金属化过孔的表面也参与共晶结合形成利于导热的共晶层。所述金属孔118包括实心金属化孔和空心的金属化通孔。当然实心金属化孔的导热性能优于空心的金属化通孔。在部分极高导热性能需求的地方，金属孔可以设计成实心金属化孔。

如图10所示，在部分实施例中，所述电子线路印制区128包括用于设置高功率密度部件的高功率密度部件固定区1283、用于设置控制电路的控制电路区1285和用于设置电力电子线路的电力电路区1287。需要说明的是，在图10中，只是为了说明方便进行的分区说明，实际的高功率密度部件固定区1283、控制线路区1285和电力电路区1287的区域划分千差万别，需依据实际的器件特征进行布局。

上述多个实施例中的陶瓷基板覆合层130和热沉基板覆合层930不仅可以非常方便通过共晶焊接实现多层陶瓷印制电路板10的层间联接，且提高了电子线路印制区128的导热性能。

上述多个实施例中间层120的覆铜区125以及覆铜区125上的覆合层130进一步的提高了多层陶瓷印制电路板10的导热性能。

一种用于制造前述多层陶瓷印制电路板的制造方法包括以下步骤，C1：在所述陶瓷基PCB板100的所述陶瓷基底层110上布覆共晶材料形成所述陶瓷基板覆合层130；在所述热沉基板900的热沉基底层910布覆共晶材料形成所述热沉基板覆合层930；C2：将所述陶瓷基PCB板100的陶瓷基板覆合层130与所述热沉基板900的热沉基板覆合层930相向压合，共同加热到所用共晶材料的共晶温度，进行共晶熔融覆合而将陶瓷基PCB板100与热沉基板900熔融覆合联接成为一体化的多层陶瓷印制电路板10；当所述陶瓷基PCB板100的数量为复数个时，各该陶瓷基PCB板100之间借助各自的所述陶瓷基板覆合层130实现共晶熔融覆合。

一种用于制造前述多层陶瓷印制电路板的制造方法包括以下步骤，D1：在所述热沉基板900的热沉基底层910布覆共晶材料形成所述热沉基板覆合层930；在所述陶瓷基PCB板100的所述陶瓷基底层110，需要与所述热沉基板覆合层930相向复合的那一面上，布覆共晶材料形成所述陶瓷基板覆合层130，所述陶瓷基板覆合层130直接或通过过渡金属层，覆在所述陶瓷基底层110上，即该所述陶瓷基板覆合层130与所述陶瓷基底层110之间直接联接或通过过渡金属层联接；在不和所述热沉基板覆合层930共晶熔融覆合连接的所述陶瓷基底层110那一面，所述陶瓷基板覆合层130与所述陶瓷基底层110之间设置有中间层120；在该中间层120的电子线路印制区128的印制电子线路各线条和各节点上均匀布覆共晶材料，和/或该的中间层120的覆铜区125的导热金属面上均匀布覆共晶材料，在所述中间层120的印制电子线路各线条和各节点上和/或导热金属面上形成陶瓷基板覆合层130；在布覆所述陶瓷基板覆合层130之前，所述陶瓷基PCB板100的中间层120上已设置有印制有印制电子线路的电子线路印制区128和用于中间层大面积覆盖进行导热和散热的导热金属面即覆铜区125；D2：将所述陶瓷基PCB板100的陶瓷基板覆合层130与所述热沉基板900的热沉基板覆合层930相向压合，共同加热到所用共晶材料的共晶温度，进行共晶熔融覆合而将陶瓷基PCB板100与热沉基板900熔融覆合联接成为一体化的多层陶瓷印制电路板10；当所述陶瓷基PCB板100的数量为复数个时，各该陶瓷基PCB板100之间借助各自的所述陶瓷基板覆合层130实现共晶熔融覆合。

本实用新型涉及的用于制造多层陶瓷印制电路板的制造方法中，覆合上述共晶材料还可以被替换为其他具有共晶特性适用于共晶焊接的其他材料。各种共晶材料根据其共晶材料的组份不同，具有不同的共晶温度；涉及的共晶焊接的温度范围可以是在100摄氏度至800摄氏度之间，也可以在200摄氏度至400摄氏度之间；也有部分共晶材料的共晶温度在100摄氏度至200摄氏度；也有部分共晶材料的共晶温度在400摄氏度至800摄氏度。其中，有部分如Au-Sn金锡合金这样的共晶材料的共晶温度在300至330摄氏度之间，具体的温度可以是310或320摄氏度。这样的温度范围与现有PCB工艺兼容，适合规模化生产，避免了传统多层陶瓷印制电路板10制作过程中的高温和复杂工艺方法。

本实用新型中，所述“覆合”一词在现有技术中的其他文献中也称之为“复合”；所述“联接”一词在现有技术中的其他文献中有时也用作“连接”，但是本申请文件中的“联接”的含义范围不仅仅指“连接”，部分场合还有“联合”的意思。

在本实用新型的多层陶瓷印制电路板中，热沉基板覆合层不仅方便地通过共晶焊接实现多层陶瓷印制电路板的层间联接，且提高了电子线路印制区的导热性能；特别是热沉基板本身以及陶瓷基PCB板中间层的覆铜区以及覆铜区上的陶瓷基板覆合层130进一步的提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；陶瓷基PCB板的陶瓷基底层的陶瓷材质为三氧化二铝、氮化铝、氮化硅和氧化铍中的任意一种或多种的混合物，具有很好的导热性能和绝缘强度。热沉基板覆合层和陶瓷基板覆合层130在实现层间联接的同时，大大提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；陶瓷基底层具有很好的导热性能和绝缘强度，使得本实用新型的多层陶瓷印制电路板具有很好导热性能，适合高功率和高热流密度的应用场合，特别适合用于MOSFET，IGBT，LED等功率器件的封装，同样适合用于高功率CPU/MPU/GPU 集成电路的封装，以及集成功率模组IPM和光引擎功率模组的应用。

相较于已知结构和工艺，热沉基板、热沉基板覆合层、以及中间层的覆铜区以及覆铜区上的覆合层不仅实现了层间的机械联接和电联接，也大大提高了多层陶瓷印制电路板的导热性能；陶瓷基底和热沉基板都具有很好的导热性能和绝缘强度，使得本实用新型的多层陶瓷印制电路板具有很好的导热性能适合高功率和高热流密度的应用场合。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。