CN101287334B - 高导热电路基板的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高导热电路基板的制作方法，其包含下列步骤：a)提供一金属基板；b)在金属基板表面形成一绝缘层；c)在氧化层表面形成一中间介层；d)在中间介层表面形成一导电主层。本发明可提高导电主层的附着度，使高导热电路基板具有较好的结构强度，并能进一步提高制程速度。

Description

高导热电路基板的制作方法
技术领域
本发明与电路板表面处理技术有关，特别是关于一种高导热电路基板的制作方法。
背景技术
如图1所示，为国内公开号第200520670号专利案「整合性散热基板的结构及制作方法」，其包含以下步骤：a)提供一金属基板1；b)利用一阳极微弧技术(MicroArc Oxidation；MAO)在金属基板1上形成一可供热传导的金属氧化物绝缘层(Al2O3)2；c)利用一真空镀膜在氧化铝绝缘层(Al2O3)2上以mask方式披覆一具有一预定图案的金属膜(Cu)3，以界定多条金属导线并制作，制成一整合性散热基板4。此专利的目的在于通过金属基板1的散热效果及金属氧化物绝缘层2提供电性绝缘效果，再由金属膜3进行电路布局，达到整合散热性以及电路布局的目的。
然而，此专利是以真空镀膜方式在金属氧化物绝缘层2上直接形成金属膜(Cu)3，由于金属氧化物绝缘层2以及金属膜(Cu)3的物理特性差异较大，例如：膨胀系数，而金属氧化物绝缘层2与金属膜(Cu)3属于先高温加工再进行低温冷却的加工程序，使得整合性散热基板4容易因为应力关系造成板面翘曲的现象，特别是大尺寸的散热基板，翘曲现象更为明显。同时，也具有容易发生剥离的情形的缺点，也即剥离强度(Peel Strength)较低。
另外，以电路的导电性而言，导电层的厚度至少需在13μm以上，而对一般功率较高的电路导电性来看，导电层的厚度应要在20μm以上为最佳，然而上述专利案以真空镀膜方式形成的金属膜(Cu)3的厚度最多约为9μm，超过9μm就会有剥离的问题产生，相比之下有导电层过薄的问题，具有导电性不佳的缺点。另外，以真空镀膜方式形成导电膜的方式，其制成速度较慢，具有工时较长的缺点，换言之，以真空镀膜方式形成导电膜的方式，具有导电性不佳及工时较长的缺点。
其次，此种基板为利用微弧氧化阳极处理(Micro Arc Oxidation；MAO)形成金属氧化物绝缘层2，由于其所形成的Al2O3的结晶结构属于重叠状结晶而非规则性的柱状排列，因此热传导率也不佳而有待改善。
综上所述，习用散热基板具有加工时间长且产能效率低的缺点，同时热传导率仍不佳而有待改进。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种高导热电路基板的制作方法，其具有提高制程速度的特色。
本发明的次一目的在于提供一种高导热电路基板的制作方法，其能够提高导电层的附着度且增加导电层的厚度，具有导电性较好的特色。
本发明的再一目的在于提供一种高导热电路基板的制作方法，其具有传热效果较好的特色。
为达到上述目的，本发明所提供的一种高导热电路基板的制作方法，其特征在于包含下列各步骤：a)提供一金属基板；b)在所述金属基板表面形成一绝缘层；c)在所述氧化层表面形成一中间介层；d)在所述中间介层表面形成一导电主层。
上述本发明的技术方案中，步骤a)中的所述金属基板，为选自铝、镁、钛以及其合金所构成族群中的其中一种。
上述本发明的技术方案中，步骤b)中的所述绝缘层，是以电化学激化阳极处理形成，利用草酸为工作溶液，预定工作电压为260～400Volts，预定工作电流为1～6A/dm2。
上述本发明的技术方案中，步骤b)中的所述绝缘层，为所述金属基板表面的化合物。
上述本发明的技术方案中，步骤c)的所述中间介层，按照形成顺序区分为一第一介层以及一导电介层，所述第一介层介于所述绝缘层以及所述导电介层之间。
上述本发明的技术方案中，步骤c)的所述第一介层，为镁、铝、钛、钒、铬、镍、锆、钼、钨以及其化合物。
上述本发明的技术方案中，步骤c)的所述第一介层为氧化钛。
上述本发明的技术方案中，步骤c)的所述导电介层，为选自铝、钴、镍、铜、锌、银、锡、铂以及金其中之一。
上述本发明的技术方案中，步骤d)的所述导电主层形成于所述中间介层的导电介层表面。
上述本发明的技术方案中，步骤d)的所述导电介层的厚度在1μm以下。
上述本发明的技术方案中，步骤d)的所述导电主层，为选自铝、钴、镍、铜、锌、银、锡、铂以及金其中之一。
上述本发明的技术方案中，步骤d)的所述导电主层的厚度在13μm以上。
上述本发明的技术方案中，步骤b)的所述绝缘层以氮化处理形成，为所述金属的氮化物。
上述本发明的技术方案中，步骤b)的所述绝缘层，同时以氮化及氧化处理形成，为所述金属的氮氧化合物。
上述本发明的技术方案中，在步骤c)的中间介层及步骤d)的导电层均成型一预定图案。
上述本发明的技术方案中，步骤d)的所述导电层，选用铣削、mask侵蚀其中的一种方式形成一预定图案。
上述本发明的技术方案中，步骤d)所述在所述中间介层表面形成一导电主层是以电化学技术形成。
上述本发明的技术方案中，步骤d)的电化学技术为电镀技术。
附图说明
采用上述技术方案，本发明采用上述步骤，可利用中间介层平衡绝缘层与导电主层的物理特性，以提高导电主层的附着度，使高导热电路基板具有较好的结构强度。再者，本发明再运用电化学技术进行导电主层的后期制程，能进一步提高制程速度。另外，本发明可以进一步提高导电层的厚度，具有较好的导电效果，而且，可利用本发明的整体散热基板具有较好的导热效果。
图1是习用电路基板的结构示意图；
图2是本发明制法第一较佳实施例的处理流程图；
图3是本发明制法第一较佳实施例的金属基板的结构示意图，其主要揭示金属基板于阳极处理前的情形；
图4是本发明制法第一较佳实施例的金属基板的结构示意图，其主要揭示金属基板于阳极处理后的情形；
图5是本发明制法第一较佳实施例的金属基板的结构示意图，其主要揭示沉积第一介层后的情形；
图6是本发明制法第一较佳实施例的金属基板的结构示意图，其主要揭示沉积导电介层后的情形；
图7是本发明制法第一较佳实施例的金属基板的结构示意图，其主要揭示电化学形成该导电主层后的情形；
具体实施方式
图8是本发明制法第二较佳实施例的金属基板的结构示意图，其主要揭示导电介层与导电主层的结构。
现举以下实施例并结合附图对本发明的结构、特征及功效进行详细说明。
首先如图3～图8所示，为本发明一种高导热电路基板的制作方法的第一较佳实施例，其镀膜步骤如下：
a)提供一金属基板10，为选自铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)以及其合金所构成族群中的其中一种。本实施例中，金属基板10为以铝为例。
b)在金属基板10表面形成一绝缘层20，为该金属的化合物，本实施例中为该金属的氧化物。其中绝缘层20为金属基板10表面以阳极处理形成的氧化层(Al2O3)，在此，阳极处理的方式可为一般习用的微弧氧化阳极处理(micro arcoxidation anodizing；MAO anodizing)、电浆电解氧化(Plasma Electrolytic Oxidation；PEO)，但为使本发明的氧化层(Al2O3)热传导率较好，本实施例采用发明人研发的电化学激化阳极处理(electric-chemical colloid oxidation anodizing；ECCOanodizing)方式，其特点在于利用草酸H2C2O4为工作溶液，预定工作电压为260～400Volts，预定工作电流为1～6A/dm2，使得氧化铝绝缘层20结晶排列的规则性较好，具有较好的传热效果。
c)以物理气相沉积法(physical vapor deposition；PVD)或化学气相沉积法(chemical vapor deposition；CVD)在绝缘层20表面形成一中间介层30。中间介层30按照形成顺序区分为一第一介层32以及一导电介层34，第一介层32介于绝缘层20以及导电介层34之间。第一介层32为镁(Mg)、铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、镍(Ni)、锆(Zr)、钼(Mo)、钨(W)以及其化合物，本实施例中，第一介层32为氧化钛(TiO2)。导电介层34选自铝(Al)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、锡(Sn)、铂(Pt)以及金(Au)其中之一，本实施例中，导电介层34为铜(Cu)且厚度约在1μm以下，所需要的成膜时间较短。
d)以电化学技术，本实施例中采用电镀技术在中间介层30表面形成一导电主层40，导电主层40形成于中间介层30的导电介层34表面。导电主层40为选自铝(Al)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、锡(Sn)、铂(Pt)以及金(Au)其中之一。本实施例中，导电主层40为铜(Cu)且厚度约为35μm，大于13μm。另外，导电主层40以及导电介层34可组成一导电层52，导电层52选择以铣削、mask侵蚀方式形成一预定图案。
经过上述步骤，即可得到一高导热电路基板50。本发明的技术特征在于：本发明先在绝缘层(Al2O3)20沉积第一介层32(TiO2)，再沉积导电介层(Cu)34。其中，第一介层(TiO2)32的目的在于作为绝缘层(Al2O3)20与导电介层(Cu)34之间的缓冲接口，以平衡绝缘层(Al2O3)20与导电介层(Cu)34的物理特性，提高导电介层(Cu)34的附着度，使高导热电路基板50具有较好的剥离强度(Peel Strength)。导电介层34的目的在于预先形成金属电极，以供进行下一个电镀步骤下，其加工件所需的电极，并形成导电介层34上方的导电主层40。
再者，由于物理或化学气相沉积法的加工速度缓慢，因此本发明巧妙的在绝缘层20上沉积一极薄的导电介层34(约1μm以下)，耗费的加工时间短，再通过电镀方式快于物理或化学气相沉积法的特色，在导电介层34的表面快速形成导电主层40，可以提高导电主层40的成膜速度，具有提高制程速度的特色。同时，也可以提高导电主层40的厚度达35μm以上，远远大于13μm，能够提高高导热电路基板50的导电效果，使高导热电路基板50具有较好的导电性。
本实施例制成的高导热电路基板50经测试得知，其热传导系数(thermalconductivity)高达100(W/m·K)以上，具有确实提高散热效果的特色。
如图8所示，为本发明一种高导热电路基板的制作方法的第二较佳实施例，其镀膜步骤如下：
a)提供一金属基板60，为选自铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)以及其合金所构成族群中的其中一种。本实施例中，金属基板60为以铝为例。
b)在金属基板60表面形成一绝缘层70。绝缘层70是在金属基板10表面以阳极处理形成氧化层(Al2O3)。在此，阳极处理的方式可为一般习用的微弧氧化阳极处理(micro arc oxidation anodizing；MAO anodizing)以及电浆离子微弧阳极处理(plasma chemical oxidation anodizing；PCO anodizing)，但为使本发明的氧化层(Al2O3)热传导率较好，本实施例采用发明人研发的电化学激化阳极处理(electric-chemical colloid oxidation anodizing；ECCO anodizing)方式。
c)以物理气相沉积法(physical vapor deposition；PVD)在绝缘层70表面形成一中间介层80；中间介层80按照形成顺序区分为一第一介层82以及一导电介层84，第一介层82介于绝缘层70与导电介层84之间。第一介层82采用镁(Mg)、铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、镍(Ni)、锆(Zr)、钼(Mo)、钨(W)及其化合物，本实施例中，第一介层82为氧化钛(TiO2)。导电介层84选自铝(Al)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、锡(Sn)、铂(Pt)以及金(Au)其中之一，本实施例中，导电介层84为银(Ag)且厚度约在1μm以下。
d)以电镀技术在中间介层80表面形成一导电主层90，导电主层90形成于中间介层80的导电介层84表面。导电主层90选自铝(Al)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、锡(Sn)、铂(Pt)以及金(Au)其中之一，本实施例中，导电主层90为铜(Cu)且厚度约为35μm，远远大于13μm。
经过上述步骤，即可得到一高导热电路基板100，其步骤与第一较佳实施例的高导热电路基板50大致相同，其差异在于：两个实施例分别运用两种不同种类的金属制成导电介层84以及导电主层90，由此，本实施例同样可以达到相同的功效，并提供了另一种实施形态。
必需加以说明的是，在本发明b)步骤中，也就是在金属基板10表面形成绝缘层70的加工步骤中，除了上述实施例中以阳极处理形成氧化铝外，也可对金属基板10表面进行氮化处理，形成氮化铝，或对金属基板10表面同时施加氧化处理及氮化处理，从而形成铝的氮氧化合物，均有极好的高导热性。另外，本发明上述两实施例为成型具有整个导电层的基板，若要形成特定电路布局的基板，可在步骤c)形成的中间介层及步骤d)形成的导电层均采用mask侵蚀方式成型一预定图案，也可在步骤d)的导电层上，再施加选自铣削、mask侵蚀中的一种方式成型一预定图案。
综上所述，由以上实施例可知，本发明经由上述步骤，可利用中间介层平衡绝缘层与导电主层的物理特性，以提高导电主层的附着度，使高导热电路基板具有较好的结构强度。再者，本发明再运用电化学技术进行导电主层的后期制程，能进一步提高制程速度。另外，本发明可以进一步提高导电层的厚度，具有较好的导电效果，而且，可利用本发明的整体散热基板具有较好的导热效果。
本发明通过前述实施例所揭示的构成组件及方法步骤，仅为举例说明，并非用来限制本发明的专利保护范围，本发明的保护范围仍应以权利要求书所界定的范围为准，其它等效组件或步骤的替代或变化，均应包含在本申请的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种高导热电路基板的制作方法，其特征在于包含下列各步骤：
a)提供一金属基板；
b)在所述金属基板表面形成一绝缘层，所述绝缘层是以电化学激化阳极处理形成，利用草酸(H2C2O4)为工作溶液，预定工作电压为260～400Volts，预定工作电流为1～6A/dm2；
c)在所述绝缘层表面形成一中间介层；
d)在所述中间介层表面形成一导电主层。
2.如权利要求1所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤c)的所述中间介层，按照形成顺序区分为一第一介层以及一导电介层，所述第一介层介于所述绝缘层以及所述导电介层之间。
3.如权利要求2所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤c)的所述第一介层，为镁、铝、钛、钒、铬、镍、锆、钼、钨以及其化合物。
4.如权利要求3所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤c)的所述第一介层为氧化钛。
5.如权利要求2所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤c)的所述导电介层，为选自铝、钴、镍、铜、锌、银、锡、铂以及金其中之一。
6.如权利要求2所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤d)的所述导电主层形成于所述中间介层的导电介层表面。
7.如权利要求2所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤d)的所述导电介层的厚度在1μm以下。
8.如权利要求1所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤d)的所述导电主层的厚度在13μm以上。
9.如权利要求1所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤b)的所述绝缘层以氮化处理形成，为所述金属的氮化物。
10.如权利要求1所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤b)的所述绝缘层，同时以氮化及氧化处理形成，为所述金属的氮氧化合物。
11.如权利要求1所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：在步骤c)的中间介层及步骤d)的导电层均成型一预定图案。
12.如权利要求1所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤d)的所述导电层，选用铣削、掩膜侵蚀其中的一种方式形成一预定图案。
13.如权利要求1所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤d)所述在所述中间介层表面形成一导电主层是以电化学技术形成。
14.如权利要求13所述高导热电路基板的制作方法，其特征在于：步骤d)的电化学技术为电镀技术。
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