[实用新型]一种功率半导体集成式封装用陶瓷模块

说明书

本实用新型公开一种功率半导体集成式封装用陶瓷模块，包括陶瓷基板和一体式金属围坝层；该陶瓷基板的下表面设有导电线路层、绝缘层和散热层；该陶瓷基板的上表面设有正极焊盘、负极焊盘和固晶区；且陶瓷基板上设置有垂直导通孔。通过在陶瓷基板上表面设置一体式金属围坝，与固晶区围构成凹形腔室，可实现半导体芯片的气密性封装；通过在陶瓷基板的下表面设置散热层，可把半导体芯片产生的热量快速向外部传导；通过设置导电线路层及垂直导通孔，可在陶瓷基板的下表面实现多芯片的串并联连接。本实用新型可实现功率半导体的多芯片集成式封装，具有热电分离良好、气密性高、热阻低、结构紧凑等优点，且生产工艺简单，产品一致性高。

技术领域

本实用新型涉及功率半导体封装领域技术，尤其是指一种功率半导体集成式封装用陶瓷模块。

背景技术

在集成电路、电力电子应用中，用于光电转换、功率变换的半导体功率器件已经广泛应用于诸如大功率发光二极管、激光器、电机控制、风力发电和UPS等各种领域。近年来，为应对电力电子系统对空间和重量的要求，功率半导体模块小型化已成为发展趋势。

在功率半导体模块封装过程中，为解决单一芯片功率小、集成度低和功能不够完善的问题，需要把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片通过串并联方式封装在一个模块内，从而实现多芯片的集成式封装。

多芯片集成式封装会导致流经模块的电流密度增加，芯片功耗也会增加，故而需要提高模块的导热性能。此外，随着工作电压的提高，也需要提高模块的绝缘性能，因此，需要选择低电阻率的布线导体材料，低介电常数、高导热率的绝缘材料作为封装载体，陶瓷模块刚好契合了这个发展要求。

在功率半导体封装中，陶瓷模块（或称陶瓷基座）是半导体芯片及其它微电子器件重要的承载基板，主要起形成密封腔室、机械支撑保护、电互连（绝缘）、导热散热、辅助出光等作用。现阶段应用于功率半导体封装的陶瓷模块有HTCC/LTCC及DBC陶瓷基板等。

HTCC又称为高温共烧多层陶瓷, LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷，此技术均采用厚膜印刷技术完成线路制作，因此线路表面较为粗糙（Ra约为1～3um），对位不精准；而且多层陶瓷叠压、高温烧结等工艺使得陶瓷模块尺寸不精确，曲翘高；此外，该工艺采用的陶瓷材料配方复杂、导热率低，且需要专用成型模具，制造周期长，成本高。DBC陶瓷基板又称直接健合陶瓷基板，此技术采用高温键合的方式将铜箔烧结在陶瓷上下表面，再依据线路设计，以蚀刻方式制备线路。该工艺使得DBC陶瓷基板无法在其表面获得凹形密封腔室，故而无法实现真空气密封装，且无法制备垂直导通孔以实现上下线路的互连，因此多芯片的串并联布线比较困难。上述问题，已严重制约了这类陶瓷基板在功率半导体封装中的应用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种功率半导体集成式封装用陶瓷模块，其能有效解决现有之陶瓷基板尺寸不精准、曲翘高、散热差、无凹形密封腔室及不方便进行多芯片集成的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种功率半导体集成式封装用陶瓷模块，包括有陶瓷基板以及一体式金属围坝层；该陶瓷基板的下表面设置有导电线路层、绝缘层和散热层，该绝缘层完全覆盖住导电线路层，该散热层位于非导电线路层的区域上并与导电线路层间隔分开，散热层的厚度不低于导电线路层及绝缘层的总厚度；该陶瓷基板的上表面设置有正极焊盘、负极焊盘和多个固晶区，每一固晶区上均具有连接层和固晶层，该连接层和固晶层彼此间隔分开；且陶瓷基板上设置有垂直导通孔，垂直导通孔电连接于固晶区与导电线路层之间以及导电线路层与正极焊盘、负极焊盘之间；该一体式金属围坝层设置于陶瓷基板的上表面上，一体式金属围坝层环绕于单个或者多个固晶区的周围并与固晶区间隔分开，一体式金属围坝层的厚度大于固晶区的厚度。

作为一种优选方案，所述陶瓷基板为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷。