载板及其适用的功率模块的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种载板及其适用的功率模块。


背景技术：

2.现代电力电子装置作为电力转换的重要组成部分，广泛应用于电力、电子、电机和能源行业。确保电力电子装置的长期稳定运行和提高电力电子装置的电能转换效率，一直是本领域技术人员的重要追求目标。
3.功率半导体器件作为现代电力电子设备的核心部件，其性能直接决定了电力电子装置的可靠性和电能转换效率。然而功率半导体器件的性能与热管理息息相关。良好的热管理对于提高功率器件的转换效率、功率密度以及可靠性均至关重要。理由有以下几点：1)在较低的工作温度下， mosfet、igbt等功率器件的通态损耗会降低，有利于系统效率的提升。 2)在很多场合下热能的大小直接决定功率密度的高低，因为电源变换器是用于处理功率转换的系统，通常半导体器件是损耗比较多的器件，而半导体器件能够耐受的温度是有一定限制的，超过这一限制器件将丧失工作能力或者性能急剧恶化。因此，散热系统需要将半导体芯片的温度控制在可接受范围内。3)通常散热成本占系统的成本的比例也比较大。4)半导体器件的寿命和温度息息相关，在电子领域通常有这样的工程经验，即温度每上升10度其寿命就会降低一半。更低的工作温度可以有效延长器件的使用寿命。
4.另一方面，功率半导体常规封装形式一般以铜基板与双面覆铜陶瓷基板作为电路载板。但铜基板与双面覆铜陶瓷基板由于单层布线的限制而无法实现更高集成度或更灵活的系统设计要求。若以嵌埋陶瓷的印刷电路基板作为功率半导体导热的载板，虽然可满足导热绝缘的要求，并以灵活布线达到高集成度的需求。然而常规印刷电路基板中的有机绝缘材料与嵌埋的陶瓷具有差异较大的热膨胀系数。由于常规印刷电路板中的有机绝缘材料与陶瓷直接连接，在温度循环可靠性测试或者长时间工作后，严重失配的热膨胀系数有导致陶瓷与周边的有机绝缘材料形成贯穿裂纹的风险，并且贯穿的裂纹会功率半导体与散热器之间的绝缘耐压满足不了安规要求。
5.因此，如何发展一种载板及其适用的功率模块来解决现有技术所面临的问题，并达到降低寄生电感及emi的同时提升可靠性、拓展性以及散热效能目的，实为本领域极需面对的课题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种载板及其适用的功率模块。通过优化载板各个构成组件布设，提升载板整体性能，有助于实现降低寄生电感及emi 的目的，使其装配固定简单可靠，同时减小功率模块的体积以及功率模块的整体功率密度。
7.本发明的另一目的在于提供一种载板及其适用的功率模块。利用一预制基板埋设于一电路板体，架构一载板用以组配一电子器件。其中预制基板的绝缘层由一陶瓷材料所构成，金属层通过一烧结工艺与绝缘层连接，且绝缘层在与金属层所接触的表面所在的平
面上至少有部分暴露在金属层外，绝缘层暴露在金属层外的部分为一外缘部，绝缘层的外缘部更沿水方向延伸至电路板体内。由于绝缘层的外缘部于水平方向与电路板体至少重叠大于0.3mm的宽度，且通过例如半固化片连接，有助于增加载板垂直方向的可靠性问题。再者，预制基板的金属层的厚度大于采用布线层实现连接的厚度，则有助于提升载板的散热性质。另一方面，载板配合功率半导体、钳位组件以及变压器等电子器件而应用于功率模块时，更有助于降低寄生电感及emi、提升可靠性、拓展性以及散热效能等。其中载板与两个串联功率半导体组成的桥臂的连接工艺实现简单，成本低、可靠性高。两个串联功率半导体组成的桥臂与钳位组件可通过预制基板的金属层与电路板体的二布线层连接，还可配合散热器实现散热，降低热阻，进而达到降低成本、提升功率模块的可靠性以及散热能力的目的。电路板体的布线层可以较薄的厚度实现，结合预制基板的金属层，可以降低制造成本，并进一步提高载板的可靠性。当功率模块的两开功率半导体与钳位组件直接设置于载板上时，可简化装配结构，具有降低成本、简化工艺、提高产品良率及产品可靠性等优点。
8.为达前述目的，本公开提供一载板包括一电路板体以及至少一预制基板。电路板体具有至少一布线层。至少一预制基板埋设于电路板体内，其中预制基板包括一绝缘层以及至少一金属层，金属层设置于绝缘层的一上表面及一下表面中的至少一个表面上，绝缘层的上表面及下表面为彼此相对的两个表面，且绝缘层由一陶瓷材料所构成，其中金属层通过一烧结工艺与绝缘层连接，且绝缘层在与至少一金属层所接触的表面所在的平面上至少有部分暴露在金属层外，绝缘层暴露在金属层外的部分为一外缘部，且外缘部沿一水平方向延伸至电路板体内。
9.为达到前述目的，本发明提供一种功率模块包括载板以及至少一功率半导体。载板包括电路板体以及至少一预制基板。电路板体具有至少一布线层。至少一预制基板埋设于电路板体内，架构形成载板的第一面以及第二面，第一面与第二面为彼此相对的两个表面，其中至少一预制基板包括一绝缘层以及至少一金属层，至少一金属层设置于绝缘层的上表面及下表面中的至少一个表面上，绝缘层的上表面及下表面为彼此相对的两个表面，且绝缘层由一陶瓷材料所构成，其中金属层通过一烧结工艺与绝缘层连接，且绝缘层在与至少一金属层所接触的表面所在的平面上至少有部分暴露在金属层外，绝缘层暴露在金属层外的部分为一外缘部，且外缘部沿一水平方向延伸至电路板体内。至少一功率半导体设置于载板的第一面，电连接至至少一布线层以及至少一金属层，其中至少一功率半导体与至少一金属层于第一面的垂直投影至少部分重叠。
附图说明
10.图1示意性示出本发明第一优选实施例中的功率模块的截面图；
11.图2示意性示出本发明优选实施例的载板压合前的截面图；
12.图3a及图3b示意性示出本发明第二优选实施例中的功率模块的截面图；
13.图4a及图4b示意性示出本发明第三优选实施例中的功率模块的截面图；
14.图5示意性示出本发明实施例中功率模块相应的等效电路图；
15.图6示意性示出本发明第四优选实施例中的功率模块的截面图；
16.图7示意性示出本发明第五优选实施例中的功率模块的截面图；
17.图8示意性示出本发明第六优选实施例中的功率模块的截面图；
18.图9示意性示出本发明第七优选实施例中的功率模块的截面图；
19.图10示意性示出本发明第八优选实施例中的功率模块的截面图；
20.图11示意性示出本发明第九优选实施例中的功率模块的截面图，以及
21.图12示意性示出本发明第十优选实施例中的功率模块的截面图。
具体实施方式
22.体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上为当作说明之用，而非用于限制本发明。例如，若是本公开以下的内容叙述了将一第一特征设置于一第二特征之上或上方，即表示其包含了所设置的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦包含了尚可将附加的特征设置于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本公开中不同实施例可能使用重复的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。再者，为了方便描述附图中一组件或特征部件与另一(多个)组件或(多个)特征部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在
……
之下”、“下方”、“较下部”、“上方”、“较上部”及类似的用语等。除了附图所示出的方位之外，空间相关用语用以涵盖使用或操作中的装置的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。此外，当将一组件称为“连接到”或“耦合到”另一组件时，其可直接连接至或耦合至另一组件，或者可存在介入组件。尽管本公开的广义范围的数值范围及参数为近似值，但尽可能精确地在具体实例中陈述数值。另外，可理解的是，虽然“第一”、“第二”、“第三”等用词可被用于权利要求中以描述不同的组件，但这些组件并不应被这些用语所限制，在实施例中相应描述的这些组件是以不同的组件符号来表示。这些用语是为了分别不同组件。例如：第一组件可被称为第二组件，相似地，第二组件也可被称为第一组件而不会脱离实施例的范围。如此所使用的用语“及/或”包含了一或多个相关列出的项目的任何或全部组合。除在操作/工作实例中以外，或除非明确规定，否则本文中所公开的所有数值范围、量、值及百分比(例如角度、时间持续、温度、操作条件、量比及其类似者的那些百分比等)应被理解为在所有实施例中由用语”大约”或”实质上”来修饰。相应地，除非相反地指示，否则本公开及随附权利要求中陈述的数值参数为可视需要变化的近似值。例如，每一数值参数应至少根据所述的有效数字的数字且借由应用普通舍入原则来解释。范围可在本文中表达为从一个端点到另一端点或在两个端点之间。本文中所公开的所有范围包括端点，除非另有规定。
23.为实现功率器件或系统的低寄生电感以及良好散热，本公开提供一载板及其适用的功率模块。图1示意性示出本发明第一优选实施例中的功率模块的截面图。于本实例中，载板1例如图1所示粗体虚线框所示，包括一电路板体20以及至少一预制基板10。电路板体20具有至少一布线层 23。预制基板10例如是一覆金属陶瓷基板，包括一绝缘层11以及至少一金属层12、13。至少一金属层12、13分别设置于绝缘层11上表面及下表面，绝缘层11的上表面及下表面为彼此相对的两个表面，于本实施例中，绝缘层11在与至少一金属层12、13所接触的表面所在的平面上至少有部分暴露在至少一金属层12、13外，绝缘层11暴露在至少一金属层 12、13外的部分为一外缘部111。且绝缘层11的外缘部111沿例如是xy 平面的水
平方向延伸至电路板体20内。于本实施例中，绝缘层11由一陶瓷材料所构成，例如是选自由氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铍陶瓷以及氧化锆增强氧化铝陶瓷所构成的群组中的一者。绝缘层11 的上表面具有上金属层12，下表面具有下金属层13。至少一金属层12、 13通过一烧结工艺与绝缘层11连接。于本实施例中，金属层12、13是选自由铜与铝所构成群组中的一者。值得注意是，至少一金属层12、13 的厚度大于至少一布线层23中其中一层布线层的厚度。于本实施例中，绝缘层11的厚度范围介于0.2mm至1.6mm，更例如具有陶瓷板厚度典型值0.2mm、0.25mm、0.32mm、0.635mm、1mm或1.6mm等。至少一布线层23埋设于电路板体20，沿例如是xy平面的水平方向延伸，且位于至少一预制基板10的至少一侧，且至少一布线层23在预制基板10的上表面所在的平面与预制基板10的下表面所在的平面之间，至少一布线层23也可位于至少一预制基板10的上方或下方，当然，本公开并不受限于此。于本实施例中，预制基板10可通过例如一直接覆铜(direct bondedcopper,dbc)，直接覆铝(direct bonded aluminum,dba)或活性金属钎焊覆铜(active metal brazing,amb)工艺实现，其中dbc，dba的金属层直接烧结于陶瓷表面，amb的金属层通过活性钎料烧结于陶瓷表面。其中预制基板10为通过上述工艺制作的一大型板体上做好图形后再进行激光切割分板来实现的。为了实现激光切割，于一预处理程序中需将切割区域表面的金属去除。其中预制基板10的绝缘层11的外缘部111在例如 xy平面的水平方向上更超出相邻金属层12、13至少0.3mm宽的区域。因此，绝缘层11外缘部111于例如xy轴的水平方向上与电路板体20重叠连接的区域具有宽度，至少大于0.3mm。预制基板10埋设于电路板体 20，预制基板10中绝缘层11与至少一金属层12、13的堆叠设置，即载板1的厚度方向上除了绝缘层11外还有一金属层12，而金属层12通常具有更好的导热性能，使得载板1具有更好的散热性能。而且，电路板体 20常用的绝缘介质在x-y平面上的cte受玻璃纤维的约束通常在10ppm 左右，而z方向上的cte(coefficient of thermal expansion，热膨胀系数) 在30ppm左右，绝缘层11的cte相对较低(氧化铝陶瓷约9ppm，氮化铝陶瓷约4ppm)，通过减少绝缘层11在厚度方向的占比、可以有效降低由于热膨胀系数不一致导致的应力。而且由于绝缘层11的外缘部111和电路板体20绝缘介质在x-y平面上的适配性较好，亦可有效防止应力集中点(绝缘层11外缘部111水平表面和绝缘层11垂直侧壁交线位置)的裂纹萌生与扩展，有助于改善载板1在例如z轴的垂直方向的可靠性问题。此外需要特别说明的是，预制基板10的结构可靠性的薄弱位置为金属层 12竖直方向的侧壁和绝缘层11外缘部111相接的位置，而电路板体20 的绝缘介质对该位置的有效包覆，可以提高预制基板10的结构可靠性，如温度循环寿命，达一个数量级以上的水平。相对应的，如果在可靠性要求一定的情况下，预置基板10就可以选用更薄的绝缘层11或者更厚的金属层12，以进一步提高散热性能。此外，绝缘层11外缘部111的设置增加了预制基板10两侧金属层12、13之间的距离，同时通过电路板体20 绝缘介质和绝缘层11接着界面的绝缘距离，可以有效增加绝缘性能，而且接着路径上存在x-y方向、z两个方向，还可以进一步降低产生贯穿性裂纹的风险，进一步提高可靠性。更进一步的，预制基板10两侧金属层 12、13的厚度可以不一致，比如搭载功率器件的金属层12厚度可以大于面向散热器侧的金属层13的厚度。
24.图2示意性示出本发明优选实施例的载板压合前的截面图，于本实施例中，电路板体20可例如包含至少二芯板(core)21以及至少一半固化片 (prepreg，pp)22所构成。至少二芯板21通过该至少一半固化片22利用压合的方式连接。绝缘层11的外缘部111通过至少
一半固化片22与电路板体20于例如xy轴的水平方向重叠连接。预制基板10的绝缘层11 的外缘部111例如在xy轴的水平方向上超出至少一金属层12、13至少 0.3mm的距离，所以超出部分的外缘部111会沿例如xy轴的水平方向与电路板体20中的半固化片22连接。电路板体2中设置芯板21与半固化片22，芯板21与半固化片22内均设置有热膨胀系数小于10ppm/℃的绝缘材料，例如玻璃纤维，所以芯板21和半固化片22与绝缘层11的热膨胀系数相匹配，不容易致使载板1出现失效，且半固化片22内预设的玻璃纤维具有很高的强度，可以有效阻断应力集中点(绝缘层11外缘部111 水平表面和绝缘层11垂直侧壁交线位置)位置萌生裂纹的扩展的路径，尤其当外缘部超出其上方或下方相邻金属层0.3mm以上，可确保裂纹扩展的概率降至几乎为0。因此载板1具备更好的可靠性。
25.于本实施例中，预制基板10与电路板体20的芯板21与半固化片22 可例如通过压合形成一体式载板1。于一实施例中，在预制基板10与电路板体20的芯板21与半固化片22压合前需先将芯板21与半固化片22 材根据预制基板10的形状进行相对应尺寸的裁切，所以在预制基板10的水平方向上超出金属层12、13的外缘部111的上表面的上方或者下表面的下方设置半固化片22，绝缘层11的外缘部111是通过直接压合进行连接的，连接强度高。于其他实施例中，半固化片22中包含有玻璃纤维以及绝缘无机填料。当然，本公开并不以此为限。
26.于第一优选实施例中，至少一预制基板10结合电路板体20形成载板 1的一第一面101以及一第二面102，第一面101与第二面102为彼此相对的两个表面，其中至少一布线层23与至少一金属层12可通过载板1的第一面101电连接至一例如功率半导体30。更进一步的载板1的第二面 102亦可搭载表贴元件。当然，本公开并不以此为限。
27.基于前述载板1，本公开更公开一功率模块来实现功率器件或系统的低寄生电感以及良好散热。图1示意性示出本发明第一优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2包括前述载板1以及至少一功率半导体30。载板1包括电路板体20以及至少一预制基板10。电路板体20具有至少一布线层23。至少一预制基板10埋设于电路板体20内，架构形成该载板1的第一面101以及第二面102。其中第一面101与第二面102为彼此相对的两个表面。另外，于本实施例中，至少一预制基板 10包括绝缘层11、上金属层12以及下金属层13。上金属层12与下金属层13分别设置于绝缘层11的上表面及下表面上。于本实施例中，绝缘层 11与上金属层12、下金属层13所接触的表面所在的平面至少有部分暴露在上金属层12与下金属层13外，暴露在上金属层12与下金属层13外的部分为一外缘部111，且预制基板10的绝缘层11的外缘部111在例如xy 轴的水平方向上更超出相邻上金属层12与下金属层13至少0.3mm宽的区域。于本实施例中，绝缘层11的外缘部111沿例如xy平面的水平方向延伸至电路板体20内。至少一功率半导体30通过例如一焊料301设置于载板1的第一面101，并电连接至至少一布线层23以及上金属层12，其中至少一功率半导体30与上金属层12于第一面101的垂直投影至少部分重叠。其中上金属层12的厚度大于布线层23中的一层布线层的厚度。将功率半导体30设置于载板1上，有助于提升功率模块2的可靠性以及散热能力。
28.图3a及图3b示意性示出本发明第二优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2a与图1所示的功率模块1相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块2a包括载板1a、第一功率半导体s1以及第二功率半导体s2。载板1a例如图3a所示粗体虚线框所示，包括一电路板体20以及一预制基板
10a。预制基板10a包含绝缘层11a、第一上金属层121a、第二上金属层122a以及下金属层13a。第一上金属层121a以及第二上金属层122a 设置于绝缘层11a的上表面，下金属层13a设置于绝缘层11a的下表面。于本实施例中，第一上金属层121a与第二上金属层122a之间之间隙可以控制在很小的范围，例如0.5mm。于本实施例中，第一功率半导体s1与第二功率半导体s2可通过设置于载板1a的第一面101上形成一主功率电流。其中第一功率半导体s1的第一端t11连接至第一上金属层121a，第一功率半导体s1的第二端t12与第二功率半导体s2的第一端t21通过第二上金属层122a电连接，第二功率半导体s2的第二端t22则连接至第一布线层231，如图3b所示。因此，第一功率半导体s1与第二功率半导体s2串联形成一主功率电流通过第一上属层121a流经第一功率半导体 s1的第一端t11，再由第一功率半导体s1的第二端t12通过第二上金属层122a至第二功率半导体s2的第一端t21，最终由第二功率半导体s2 的第二端t22流出。于本实施例中，功率模块2a在载板1a内部电流路径通过的第一上金属层121a与第二上金属层122a是由预制基板10a提供，厚度在0.1mm至1mm之间。于其他实施例中，第一上金属层121a与第二上金属层122a的厚度可视实际电流大小随意选择，本公开并不以此为限。功率模块2a在这样的结构下，可确保主功率电流的路径很顺畅，也充分减小电路路径的长度，从而减小电流路径的阻抗，进而减小电流路径上的损耗。
29.图4a及图4b示意性示出本发明第三优选实施例中的功率模块的截面图。图5示意性示出本发明实施例中功率模块相应的等效电路图。于本实施例中，功率模块2b与图3a至图3b所示的功率模块2a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块2b包括载板1b、第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及一钳位组件40。载板1b例如图4a所示粗体虚线框所示，包括一电路板体20、第一预制基板10a以及第二预制基板10b。第一预制基板10a包含第一上金属层12a与第一下金属层13a分别设置于第一绝缘层11a的上表面与下表面。第二预制基板10b包含第二上金属层12b与第二下金属层13b分别设置于第二绝缘层11b的上表面与下表面。第一预制基板10a与第二预制基板10b沿例如xy轴方向的水平方向排列，嵌埋于电路板体 20内，形成载板1b的第一面101与第二面102。于本实施例中，第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及一钳位组件40设置于载板1b的第一面101。其中第一功率半导体s1与第二功率半导体s2分别设置于第一预制基板10a与第二预制基板10b上，且通过例如焊料301分别与第一上金属层12a以及与第二上金属层12b相连接。于本实施例中，第一功率半导体s1与第二功率半导体s2可例如是igbt、simosfet、sic mosfet。第一功率半导体s1与第二功率半导体s2可例如是裸芯片，也可以是封装的分离元器件或者封装的功率模块。当然，本公开并不以此为限。于本实施例中，至少一布线层23包括一第一布线层231以及一第二布线层232。第一布线层231例如是表面布线层，第二布线层232例如是内埋布线层，本公开并不以此为限。于其他实施例中，至少一布线层23是埋设于电路板体20，沿例如xy轴的水平方向延伸，且位于第一预制基板10a或第二预制基板10b的一侧，本公开并不以此为限。于本实施例中，第一功率半导体s1的第一端t11与第一预制基板10a的第一上金属层12a连接，第一功率半导体s1的第二端t12与第二功率半导体s2的第一端t21通过第二预制基板10b的第二上金属层12b以及第一布线层231连接。第一功率半导体s1的第一端t11以及第二功率半导体s2的第二端t22通过第二布线层232以及第一布线层231与钳位组件40相连接。于本实施例中，钳位组件40例如是一钳位电容，对应图5等效电路图中的钳位电容 cin。功率模块2b中放置钳位电容cin，则例如开关的第一功
率半导体s1 与第二功率半导体s2关断时，对应高频回路所围的面积会减小，则回路寄生电感也会减小。若功率模块2b中没有设置钳位电容cin时，回路寄生电感值为lout+lin。而在功率模块2b中设置钳位电容cin后，回路寄生电减值变为lin，电感值减小，所以回路中增加钳位电感cin能有效的降低寄生电感，如图4b所示。
30.于本实施例中，第一功率半导体s1与第二功率半导体s2分别设置于第一预制基板10a与第二预制基板10b上，通过第一预制基板10a与第二预制基板10b良好的散热能力，可有效地控制第一功率半导体s1与第二功率半导体s2的温度。再者，如图4b所示，在第二布线层232中流动的高频电流方向与第一功率半导体s1第一端t11至第二端t12、第一布线层231、第二功率半导体s2第一端t21至第二端t22的高频电流方向相反，大小相等。此外，高频回路的面积也受到第二布线层232与第一端 t11、t21和第二端t12、t22的距离，以及第二布线层232与第一布线层 231的距离所影响。在电路基板20中，第一布线层231与第二布线层232 的距离例如是100μm左右。因此，本公开功率模块2b有效减小了截面上高频回路的面积。在水平方向上，第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及钳位组件40的距离较近，在截面方向上，高频回路的面积较小，所以本公开功率模块2b相应的回路寄生电感非常小。而载板2b中电路板体20的至少一布线层23更例如是多层布线层，集成更多的功能，如驱动电路、控制电路等。于此便不再赘述。
31.图6示意性示出本发明第四优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2c与图4a至图4b所示的功率模块2b相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块2c包括载板1c、第一功率半导体s1、第二功率半导体s2、钳位组件40以及一散热器50。第一功率半导体s1、第二功率半导体s2与钳位组件40设置于载板1c的第一面101。散热器50设置于载板1c的第二面102，通过导热绝缘材料连接。载板1c例如图6所示粗体虚线框所示，包括一电路板体20、第一预制基板10a、第二预制基板10b、第三预制基板10c以及第四预制基板10d。第一预制基板10a包含第一上金属层 12a与第一下金属层13a分别设置于第一绝缘层11a的上表面与下表面。第二预制基板10b包含第二上金属层12b与第二下金属层13b分别设置于第二绝缘层11b的上表面与下表面。第三预制基板10c包含第三上金属层 12c与第三下金属层13c分别设置于第三绝缘层11c的上表面与下表面。第四预制基板10d包含第四上金属层12d与第四下金属层13d分别设置于第四绝缘层11d的上表面与下表面。第一预制基板10a与第二预制基板 10b沿例如xy轴方向的水平方向排列，嵌埋于电路板体20内，形成载板1c的第一面101。第一预制基板10a与第三预制基板10c沿例如z轴的垂直方向堆叠，第二预制基板10b与第四预制基板10d沿例如z轴的垂直方向堆叠。第三预制基板10c与第四预制基板10d沿例如xy轴方向的水平方向排列，嵌埋于电路板体20内，形成载板1c的第二面102。于本实施例中，第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及一钳位组件40 设置于载板1c的第一面101。其中第一功率半导体s1与第二功率半导体 s2分别设置于第一预制基板10a与第二预制基板10b上，且分别与第一上金属层12a以与第二上金属层12b相连接。且第一功率半导体s1与第二功率半导体s2更例如通过第二上金属层12b与第一布线层231串联形成桥臂。散热器50与与载板1c的第二面102通过导体绝缘材料相连接。于本实施例中，载体1c还包括一第三布线层233，位于第二预制基板10b 与第四预制基板10d之间，通过电路板体20内例如过孔234工艺连接至第二功率半导体s2的第二端t22。对应图5的等效电路图，第一功率半导体s1的第一端t11连接至正极p，第二功率半
导体s2的第二端t22 连接至负极n，第一功率半导体s1的第二端t12与第二功率半导体s2 的第一端t21则共同连接至输出电极o。其中第三布线层233连接至负极 n，与负极n等电位。由于输出电极o与散热器50之间存在寄生电容，散热器50与控制电路(未附图)之间同样存在寄生电容，控制电路与负极n 之间存在低阻抗链接，由此便构成了从输出电极o极到散热器50、从散热器50到控制电路、从控制电路到负极n、再从负极n到输出电极o电回路。输出电极o与负极n之间的电压发生跳变时，上述回路便产生共模电流，该电流会在控制回路中产生压降，该压降叠加到控制信号或者采样信号上便起了干扰作用。于本实施例中，在输出电极o与散热器50之间设置负极n等电位的第三布线层233，等效于在上述回路中，在输出电极o和负极n之间并联一个低阻抗支路，让大部分共模电流分流到该支路上，从而极大减小共模电流在控制回路上产生的压降，有效地避免了控制信号和采样信号受到干扰。需要说明的是，于本实施例中，在正极p 和负极n都是静地点，即电路中无高频电压波动，相对于稳定的参考大地始终处于一个恒定电压的电路节点的情况下，在负极n下方设置的第三布线层233，第三布线层233便可以与负极n极连接，使第三布线层 233与负极等电位。当然，于其他实施例中，第三布线层233例如与正极 p连接，使第三布线层233与p极等电位，即第三布线层233位于第一预制基板10a与第三预制基板10c之间。另一方面，由于第三布线层233与散热器50之间存在安规绝缘要求，因此可以在完成第三布线层233的制作后将第三预制基板10c与第四预制基板10d通过焊料302分别和第一预制基板10a与第二预制基板10b相连接。于其他实施例中，第一预制基板 10a与第三预制基板10c的连接以及第二预制基板10b与第四预制基10d 的连接可例如是通过烧结的方式实现，烧结的厚度精度误差可以控制在极小的范围，一般在10μm以内。烧结后的预制基板再与电路板体20的有机材料进行压合。本公开并不以此为限，且不再赘述。
32.图7示意性示出本发明第五优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2d与图4a至图4b所示的功率模块2b相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块2d包括载板1d、第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及一钳位组件40。载板1d例如图7所示粗体虚线框所示，包括一电路板体 20、第一预制基板10a以及第二预制基板10b。此外，载板1d还包括一有机绝缘材料层24，设置于电路板体20内，于空间上相对于至少一布线层23，且位于载板1d的第二面102。于本实施例中，载板1d中对应例如多层布线层的至少一布线层23，可通过铣刀去除邻设载板1d的第二面 102，然后再使用有机绝缘材料(如半固化片等)进行填充压合形成有机绝材料层24，于空间上相对至少一布线层23。由于载板1d的布线层23 的下方的第二面102是绝缘材料构成，并且第一预制基板10a与第二预制基板10b中分别有绝缘层11a和11b，所以在设计功率模块与散热器装配时，无需在功率模块与散热器之间额外增加绝缘材料来处理两者之间的绝缘，简化散热结构设计。。
33.图8示意性示出本发明第六优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2e与图7所示的功率模块2d相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块 2e包括载板1e、第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及一钳位组件40。其中载板1e还包括一内埋组件25，嵌设于有机绝缘材层24内，且电连接至至少一布线层23。于一实施例中，载板1e中对应例如多层布线层的至少一布线层23，可通过铣刀去除邻设载板1e的第二面102，然后将内埋组件25进行表贴连接至少一布线层23，并
使用有机绝缘材料进行填充压合形成有机绝材料层24，实现内埋组件25的设置。充分利用多层布线区域于载板1e第二面102的设计，可以提升载板1e的利用率，减少载板1e的尺寸，进一步提升功率模块2e的功率密度。当然，在载板1e 的第一面101的布线层上也可以连接表贴器件。
34.图9示意性示出本发明第七优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2f与图7所示的功率模块2d相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，载板1f还包括一过孔26，过孔26内填充一树脂形成一树脂筛孔。由于载板1f的电路板体20中形成多层布线层使用的过孔在镀铜时会在载板1f的第二面 102形成铜环。于一实施例中，前述铜环可通过机械钻孔将载板1f第二面 102的铜钻去，并通过树脂筛孔完成载板1f中多层布线区域于第二面102 的绝缘，功率模块与散热器装配时，同样无需额外增加绝缘材料，简化散热结构的设计。
35.图10示意性示出本发明第八优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2g与图4a至图4b所示的功率模块2b相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块2g包括载板1g、第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及一钳位组件40。载板1g例如图10所示粗体虚线框所示，包括一电路板体20、第一预制基板10a以及第二预制基板10b。不同于图4a至图4b 所示的功率模块2b，于本实施例中，载板1g更省略第一预制基板10a的第一下金属层13a以及第二预制基板10b的第二下金属层13b，有利于进一步缩减功率模块2g的整体高度。当然，本公开并不以此为限。
36.图11示意性示出本发明第九优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2h与图3a至图3b所示的功率模块2a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块2h包括载板1h、第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及一变压器60。其中第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及变压器 60设置于载板1h的第一面101。变压器60电连接于第一功率半导体s1 以及该第二功率半导体s2之间。载板1h例如图11所示粗体虚线框所示，包括一电路板体20、第一预制基板10a、金属导体块27以及导热绝缘层 28。第一预制基板10a、金属导体块27以及导热绝缘层28嵌埋于电路板体20，架构形成载板1h的第一面101与第二面102。于本实施例中，金属导体块27与导热绝缘层28沿例如z轴的垂直方向堆叠，金属导体块 27与导热绝缘28分别对应第一面101与第二面102。于本实施例中，第一功率半导体s1例如是高压小电流功率半导体，第二功率半导体s2例如是低压大电流功率半导体。第一功率半导体s1的电压与第二功率半导体 s2的电压通过变压器60进行转换。因需要满足第一功率半导体s1的高压要求，所以第一功率半导体s1设置于第一预制基板10a上，以使第一预制基板10a满足第一功率半导体s1散热及导热绝缘的要求。第二功率半导体s2对应金属导体块27设置，第二功率半导体s2电连接至金属导体块27，金属导体块27例如是嵌埋于电路板体20中的厚铜。由于第二功率半导体s2的电流很大，相比于第一预制基板10a上的第一上金属12a，金属导体块27在垂直电流方向的导体横截面更大，电阻更小，能进一步降低导通损耗。另外，在金属导体块27与载板1h的第二面102之间压合导热绝缘层28。于本实施例中，导热绝缘层28的厚度例如是100μm，可有效满足第二功率半导体s2的绝缘要求，厚的金属导体块27及薄的导热绝缘层28更具有良好的散热能力，满足第二功率半导体s2的散热要求。因此，功率模块2h实现提升可靠性、拓展性以及散热效能的目的。当然，在金属导体块27下方也可以不设置导热绝缘层28，后续与散热器
组装时，通过在金属导体快27下方使用的绝缘导热材料或者在散热器表面设置绝缘导热材料达从而到绝缘的要求，并进一步提升了散热能力。
37.图12示意性示出本发明第十优选实施例中的功率模块的截面图。于本实施例中，功率模块2i与图11至所示的功率模块2h相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块2i包括载板1i、第一功率半导体s1、第二功率半导体s2以及一变压器60。载板1i例如图12所示粗体虚线框所示，包括一电路板体20、第一预制基板10a、金属导体块29以及导热绝缘层28。第一预制基板10a、金属导体块29以及导热绝缘层28嵌埋于电路板体20，架构形成载板1i 的第一面101与第二面102。不同于图11所示的功率模块2h，功率模块2i中的金属导体块29为一异型结构，即在xy平面的水平方向上至少有一凸出部29a，通过过孔工艺将凸出部29a与载板1i中的内部布线层23 连接，从而增加了导电路径，降低导通电阻，降低损耗。
38.综上所述，本发明的实施例提供一种载板及其适用的功率模块。通过优化载板各个构成组件布设，提升载板整体性能，有助于实现降低寄生电感及emi的目的，使其装配固定简单可靠，同时减小功率模块的体积以及功率模块的整体功率密度。其中利用一例如覆金属陶瓷基板的预制基板埋设于一电路板体，架构一载板用以组配一电子器件。其中预制基板的绝缘层由一陶瓷材料所构成，金属层通过一烧结工艺与绝缘层连接，且绝缘层与金属层所接触的表面所在的平面至少有部分暴露在金属层外，绝缘层暴露在金属层外的部分为一外缘部，绝缘层的外缘部更沿水方向延伸至电路板体内。由于绝缘层的外缘部于水平方向与电路板体至少重叠大于 0.3mm的宽度，且通过例如半固化片连接，有助于增加载板垂直方向的可靠性问题。再者，预制基板的金属层的厚度大于采用布线层实现连接的厚度，则有助于提升载板的散热性质。另一方面，载板配合功率半导体、钳位组件以及变压器等电子器件而应用于功率模块时，更有助于降低寄生电感及emi、提升可靠性、拓展性以及散热效能。其中载板与两个串联功率半导体组成的桥臂的连接工艺实现简单，成本低、可靠性高。两个串联功率半导体组成的桥臂与钳位组件可通过预制基板的金属层与电路板体的二布线层连接，还可配合散热器实现散热，降低热阻，进而达到降低成本、提升功率模块的可靠性以及散热能力的目的。电路板体的布线层可以较薄的厚度实现，结合预制基板的金属层，可以降低制造成本，并进一步提高载板的可靠性。当功率模块的两开功率半导体与钳位组件直接设置于载板上时，可简化装配结构，具有降低成本、简化工艺、提高产品良率及产品可靠性等优点。
39.本领域技术人员可对本公开进行各种修改和改型，但都不脱离所附权利要求的范围。