CN101437355A

CN101437355A - 电路基板及其制造方法

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Publication number: CN101437355A
Application number: CNA2007101863130A
Authority: CN
Inventors: 林玉雪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-11-12
Also published as: CN101437355B

Abstract

一种电路基板与电路基板的制造方法，该制造方法用以制作具备高导热绝缘性的电路基板。该制造方法首先制备具有配置面与散热面的基材层，并在配置面与散热面分别进行阳极处理处理，借以分别形成第一阳极处理层与第二阳极处理层。接着，在第二阳极处理层上形成导热绝缘层，并在导热绝缘层上形成类钻层。其中，基材层的热膨胀系数大于第二阳极处理层的热膨胀系数；第二阳极处理层的热膨胀系数大于导热绝缘层的热膨胀系数；且导热绝缘层的热膨胀系数大于该类钻层的热膨胀系数。本发明能够有效提升整体的的热传导速率，并大幅提升电路基板的裁切合格率。

Description

电路基板及其制造方法

技术领域

本发明关于一种电路基板的制作技术，特别是指一种具备高导热绝缘性的电路基板的制作技术。

背景技术

在现有的电子装置中，通常都会设置许多电子工作元件，诸如：微处理器(Micro Processor)、半导体芯片(Semi-conductor Chip)或发光二极管(LightEmitting Diode；LED)等，来执行各种预定的工作。在实际运用层面上，通常必须在电路基板上先设置印刷电路，然后才能将电子工作元件配置在印刷电路，借以组成印刷电路板。

同时，在电子工作元件执行各种预定的工作时，通常会散发出热能。在大多数的情况下，倘若这些热能无法有效地被逸散，将不仅会影响到电子工作元件的正常运行，甚至还很可能会造成印刷电路板的损坏。因此，在大多数的电路基板的结构设计中，多半都会考虑到散热的效果。

此外，在设置印刷电路时，特别是对于集成化电路而言，通常还必须考虑印刷电路以及电子工作元件所需的电性绝缘条件。特别是基于安全性的考量，这些电性绝缘条件通常必须满足在特定击穿电压下，不会造成印刷电路或电子工作元件损坏的原则。

在此前提之下，中国台湾专利公开号第200626031号(以下简称’031号专利案)所提供的一种高导热性印刷电路板，就已明显公开出相关技术。因此，以下将以’031号专利案为基础，列举现有技术来对相关技术提出具体的说明。

请参阅图1，其显示传统印刷电路板的结构示意图。如图所示，印刷电路板1包含电路基板11、印刷电路12、保护层13、焊料14与半导体芯片15。电路基板11由基材层111、绝缘层112与导热绝缘层113组成。绝缘层112覆设于基材层111的其中一个表面，导热绝缘层113则继续再覆设于绝缘层112上。在’031号专利案中特别提到，绝缘层112由高分子结构材料如环氧树脂(Epoxy)构成。

印刷电路12设置于导热绝缘层113上，保护层13包覆绝缘层112，半导体芯片15通过焊料14而与印刷电路12电性相连。在实际运用层面上，保护层13本可蚀刻出焊接口，或是利用焊料14在保护层13热熔出焊接口，借以使半导体芯片15能通过焊料14而与印刷电路12电性相连。

凡所属技术普通技术人员均能轻易理解，在以上所述的技术中，由高分子结构材料构成的绝缘层112虽然可以提供适当的电性绝缘条件，然而，由于高分子结构材料本身的热传导速率较差的缘故，因此，当热能从半导体芯片15经由导热绝缘层113传送至绝缘层112时，只会缓慢地将热能传送至基材层111。

譬如：当基材层111为铝基板，绝缘层112为环氧树脂，导热绝缘层113为类钻(Diamond Like Carbon；DLC)材料时，所测得的热传导速率如下：基材层111的热传导速率约为239W/m·K；绝缘层112的热传导速率约为0.2～4.0W/m·K；导热绝缘层113的热传导速率约为2000W/m·K。因此，在因半导体芯片15运行而产生的热能快速地经由基材层111而传送至绝缘层112后，在绝缘层112中，该热能再继续传递至导热绝缘层113的速度就会变得很慢，从而使绝缘层112转变成另一个相对热源。

承上所述，当基材层111为铝基板，绝缘层112为环氧树脂，导热绝缘层113为类钻材料时，所测得的热膨胀系数如下：基材层111的热膨胀系数约为23.8×10^-6/℃；绝缘层112的热膨胀系数约为50～60×10^-6/℃；导热绝缘层113的热膨胀系数约为1.5×10^-6/℃。

在制作电路基板11的过程中，虽然基材层111的热膨胀系数仅为绝缘层112的热膨胀系数的0.4～0.48倍，但是，由于绝缘层112的热膨胀系数高达导热绝缘层113的热膨胀系数的33～40倍，因此，在完成电路基板11的制作，并使其冷却后，在绝缘层112与导热绝缘层113之间会存在较大的热残留应力。因此，在裁切电路基板11时，容易导致导热绝缘层113自绝缘层112剥离(Peeling)的现象产生。

此外，就电路基板11本身的导热条件来看，承上所述，由于绝缘层112会转变成另一个相对热源，且该相对热源位于与半导体芯片15相当接近的位置；因此，会导致电路基板11对半导体芯片15提供的整体导热性变得很差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题与目的：

综上所述，在现有技术中，由于绝缘层的导热性较差，并且在形成过程中，材料之间的热膨胀量的差异值偏高的缘故，因此，普遍存在绝缘层的导热性较差，导热绝缘层与绝缘层的热膨胀系数差异过大，容易残留较大的热残留应力，以及整体的导热绝缘条件欠佳等缺点。

因此，本发明的主要目的为提供一种电路基板的制造方法，其主要是以金属氧化物形成的第一阳极处理层与第二阳极处理层取代传统由高分子结构材料构成的绝缘层，借以利用第一阳极处理层与第二阳极处理层的热传导速率优于传统绝缘层的热传导速率的特性，提升整体的导热效果。

本发明的次一目的为提供一种电路基板的制造方法，其结合电路基板的实际制作程序结合各材料的热膨胀特性，借以在完成电路基板的制作后，减少残留于电路基板内部的热残留应力。

本发明的另一目的为提供一种电路基板的制造方法，其中部分相邻的结构以同一金属的氧化物与氮化物构成，借以使相邻结构之间的分子具备良好的键结关系。

本发明解决问题的技术手段：

为解决现有技术的问题，本发明所采用的技术手段为提供一种电路基板的制造方法，该制造方法用以制作具备高导热绝缘性的电路基板。在该制造方法中，首先制备具有配置面与散热面的基材层，并在配置面与散热面分别进行阳极处理处理，借以分别形成第一阳极处理层与第二阳极处理层。接着，在第二阳极处理层上形成导热绝缘层，并在导热绝缘层上形成类钻层。其中，基材层的热膨胀系数大于第二阳极处理层的热膨胀系数；第二阳极处理层的热膨胀系数大于导热绝缘层的热膨胀系数；且导热绝缘层的热膨胀系数大于DLC层的热膨胀系数。

上述电路基板的制造方法中，在导热绝缘层上形成类钻层后，在该类钻层上进行光学蚀刻处理，借以使该类钻层成为DLC散热鳍片组件。

上述电路基板的制造方法中，该导热绝缘层可在该第二阳极处理层上进行真空溅镀处理、等离子体气相沉积处理、化学气相沉积处理与离子注入处理其中之一来形成。

上述电路基板的制造方法中，该类钻层可在该导热绝缘层上进行等离子体辅助化学气相沉积处理、PVD处理与CVD处理其中之一来形成。

上述电路基板的制造方法中，该基材层可由铝合金与铜合金中其之一构成。

在本发明较佳实施例中，第二阳极处理层可由金属的金属氧化物构成，导热绝缘层由相同金属的金属氮化物构成，使导热绝缘层与第二阳极处理层之间的分子具备良好的键结关系。导热绝缘层是在第二阳极处理层上进行真空溅镀(Sputter)处理、等离子体气相沉积(Plasma Vapor Deposition；PVD)处理、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition；CVD)处理或离子注入(IonImplantation)处理而形成的。此外，DLC层是在导热绝缘层上进行等离子体辅助化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)处理、PVD处理与CVD处理而形成的。

上述电路基板的制造方法中，该金属可为铝，该金属氧化物可为氧化铝。

上述电路基板的制造方法中，该金属可为铝，该金属氮化物可为氮化铝。

上述电路基板的制造方法中，该导热绝缘层可由氧化铍、碳化硅、氮化硅与氮化硼其中之一构成。

并且本发明提供了一种电路基板，该电路基板用于配置至少一个电子工作元件，发散该工作元件运行时所产生的热能，并对该电子工作元件提供电性绝缘条件，该电路基板包括：基材层，包含配置面以及散热面；第一阳极处理层，覆设于该配置面，借以配置该电子工作元件；第二阳极处理层，覆设于该散热面；导热绝缘层，覆设于该第二阳极处理层，借以传导该热能；以及类钻层，覆设于该导热绝缘层，借以发散该热能。其中，该基材层的热膨胀系数大于该第二阳极处理层的热膨胀系数，该第二阳极处理层的热膨胀系数大于该导热绝缘层的热膨胀系数，且该导热绝缘层的热膨胀系数大于该类钻层的热膨胀系数。

上述电路基板中，该第一阳极处理层还可设置印刷电路，以供配置该电子工作元件。

上述电路基板中，该基材层可由铝合金与铜合金其中之一构成。

上述电路基板中，该第二阳极处理层可由金属的金属氧化物构成，借以提供该电性绝缘条件。

上述电路基板中，该金属可为铝，该金属氧化物为氧化铝。

上述电路基板中，该导热绝缘层可为该金属的金属氮化物。

上述电路基板中，该金属可为铝，该金属氮化物为氮化铝。

上述电路基板中，该导热绝缘层可由氧化铍、碳化硅、氮化硅与氮化硼其中之一构成。

上述电路基板中，该类钻层可为DLC散热鳍片组件。

本发明对照现有技术的效果：

由以上述可知，与现有技术所述的电路基板相比，在本发明所提供的电路基板的制造方法中，由于第一阳极处理层与第二阳极处理层的热传导速率优于传统绝缘层的热传导速率，因此可有效提升整体的的热传导速率。

同时，由于在实际的制作程序中，先形成的第一阳极处理层与第二阳极处理层的热膨胀系数依序大于后续形成的导热绝缘层与DLC层；因此，在完成电路基板的制作后，减少了残留于电路基板内部的热残留应力。此外，由于第二阳极处理层可由金属的金属氧化物构成，导热绝缘层则可由相同金属的金属氮化物构成，这使得导热绝缘层与第二阳极处理层之间的分子具备良好的键结关系。基于以上前提，在裁切利用本发明技术所制作的电路基板时，比较不易产生剥离的现象，因而可大幅提升电路基板的裁切合格率。

本发明的具体实施例将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。

附图说明

图1为显示传统印刷电路板的结构示意图；

图2为显示本发明第一实施例的结构示意图；

图3为显示本发明第一实施例可用以制作印刷电路板的示意图；

图4为显示本发明第二实施例的结构示意图；

图5为显示本发明第二实施例可用以制作印刷电路板的示意图；以及

图6为显示本发明第二实施例的简易流程图。

其中，附图标记说明如下：

1 印刷电路板

11 电路基板

111 基材层

112 绝缘层

113 导热绝缘层

12 印刷电路

13 保护层

14 焊料

15 半导体芯片

100、200 印刷电路板

2、2a 电路基板

21 基材层

211 配置面

212 散热面

22 第一阳极处理层

23 第二阳极处理层

24 导热绝缘层

25 类钻(DLC)层

25a DLC散热鳍片组件

3 印刷电路

4 保护层

5 焊料

6 电子工作元件

具体实施方式

由于本发明所提供的电路基板制作技术可广泛用于制作各种电路基板，其组合实施方式更是不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举其中较佳的实施例来加以具体说明。

请参阅图2与图3，图2为显示本发明第一实施例的结构示意图；图3为显示本发明第一实施例可用以制作印刷电路板的示意图。如图所示，电路基板2包含基材层21、第一阳极处理层22、第二阳极处理层23、导热绝缘层24与类钻层25。

基材层21包含配置面211以及与配置面211相反的散热面212。第一阳极处理层22覆设于配置面211，第二阳极处理层23覆设于散热面212，导热绝缘层24覆设于第二阳极处理层23，且DLC层25覆设于导热绝缘层24。同时，基材层21的热膨胀系数大于第二阳极处理层23的热膨胀系数；第二阳极处理层23的热膨胀系数大于导热绝缘层24的热膨胀系数；导热绝缘层24的热膨胀系数大于DLC层25的热膨胀系数。

在实际运用层面上，基材层21可由铝(Al)合金或铜(Cu)合金构成。第一阳极处理层22与第二阳极处理层23可由金属氧化物构成，导热绝缘层24可由氮化铝(AlN)、氧化铍(BeO)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)或氮化硼(BN)。

优选的是，在本实施例中，第二阳极处理层23与导热绝缘层24分别以同一金属的氧化物与氮化物构成。譬如：第一阳极处理层22与第二阳极处理层23可由铝的氧化物，即氧化铝(Al₂O₃)构成；导热绝缘层24则由铝的氮化物，即氮化铝构成。显而易见地，在此状况下，第二阳极处理层23与导热绝缘层24之间的分子自然可具备良好的键结关系。

同时，当基材层21为铝基板，第一阳极处理层22为氧化铝，第二阳极处理层23为氧化铝，导热绝缘层24为氮化铝时，所测得的热膨胀系数如下：基材层21的热膨胀系数约为23.8×10^-6/℃；第二阳极处理层23的热膨胀系数约为8×10^-6/℃；导热绝缘层24的热膨胀系数约为4.4×10^-6/℃；DLC层25的热膨胀系数约为1.5×10^-6/℃，正好满足上述热膨胀系数之间的关系。

凡所属技术领域普通技术人员均能轻易理解，从相邻材料的热膨胀系数数据来看，基材层21的热膨胀系数仅约为第二阳极处理层23的热膨胀系数的3倍；第二阳极处理层23的热膨胀系数仅约为导热绝缘层24的热膨胀系数的1.8倍；导热绝缘层24的热膨胀系数的热膨胀系数仅约为DLC层25的热膨胀系数的3倍。

与现有技术相比，由于在本发明中，各相邻材料的热膨胀系数差距明显较小，且依序递减，因此，显而易见地，在本发明所提供的电路基板2中，残留于基材层21、第二阳极处理层23、导热绝缘层24与DLC层25之间的热残留应力会变得很小。由此可轻易理解，在对电路基板2进行裁切处理时，比较不会造成如现有技术所述的剥离现象，进而大幅提升电路基板2的裁切合格率。

电路基板2可供设置印刷电路3，并在印刷电路3外包覆保护层4。最后再利用焊料5穿过保护层4而使电子工作元件6与印刷电路3电性相连，借以配置电子工作元件6。同时，在本实施例中所述的电子工作元件6可为微处理器、半导体芯片或发光二极管等可执行特定工作的电子工作元件。

电路基板2、印刷电路3、保护层4、焊料5与电子工作元件6组成印刷电路板100。由于印刷电路3、保护层4、焊料5以及电子工作元件6与电路基板2的结合方式与传统的印刷电路12、保护层13、焊料14与半导体芯片15的结合方式相似或相同。因此，以下就不再予以赘述。

对电子工作元件6而言，电路基板2中的第一阳极处理层22、第二阳极处理层23、热绝缘层24与DLC层25可分别或共同为电子工作元件6提供电性绝缘条件。

如图3所示，当电子工作元件6开始运行并执行预定工作时，会产生热能。该热能会依序经由第一阳极处理层22、基材层21、第二阳极处理层23与热绝缘层24而传送至DLC层25，然后再散逸至外界环境。

当基材层21为铝基板，第一阳极处理层22为氧化铝，第二阳极处理层23为氧化铝，导热绝缘层24为氮化铝时，所测得的热传导速率如下：基材层21的热传导速率约为239W/m·K；第二阳极处理层23的热传导速率约为28W/m·K；导热绝缘层24的热传导速率约为160W/m·K；DLC层25的热传导速率约为2000W/m·K。显而易见地，与现有技术的电路基板11相比，本发明所提供的电路基板2确实具备更好的导热性。

此外，关于本发明第一实施例与现有技术的热传导效果的比较，可由两种检测方法加以验证。其中一种为检测电路基板11与电路基板2上分别设置的发光二极管的亮度与电流之间的变化关系；另一种为检测该LED投射光束的波长与电流之间的变化关系。

在对亮度与电流之间的变化关系的检测中，可得到亮度-电流曲线图(L-Icurve)。由亮度-电流曲线图可知，在现有技术中，电路基板11的饱和电流大约只能达到350mA，此时LED就因高温而损毁；然而在本发明第一实施例中，电路基板2的饱和电流达到500mA后，LED才会因为高温而损毁。此现象表示由于电路基板2散热效果较好，表面温度较低，故在电路基板2上的LED才能承受饱和电流500mA所产生的热能。

在进行LED投射光束的波长与电流之间的变化关系检测时，可得到波长-电流曲线图(Wavelength-I curve)。由波长-电流曲线图可知，在现有技术中，当所输入的工作电流为400mA时，设置于电路基板11上的LED所发出光束的波长约为471.4nm；然而在本发明第一实施例中，当所输入的工作电流为400mA时，设置于电路基板2上的LED所发出光束的波长约为462.5nm。由于在输入相同工作电压的状况之下，设置于电路基板11上的LED所发出光束的波长大于设置于电路基板2上的LED所发出光束的波长，因此，可利用“红移(red-shift)现象”来推断出电路基板11的表面温度较高。

在比较以上两种检测方法所得到的检测结果后，相信凡所属技术领域中普通技术人员均可轻易推断出，与现有技术的电路基板11相比，本发明第一实施例所提供的电路基板2确实具备更好的热传导效果。

请参阅图4与图5，图4为显示本发明第二实施例的结构示意图；图5为显示本发明第二实施例可用以制作印刷电路板的示意图。如图所示，本实施例与第一实施例的不同处在于：在本实施例中，以DLC散热鳍片组件25a取代第一实施例中的DLC层25，借以与基材层21、第一阳极处理层22、第二阳极处理层23以及导热绝缘层24组成另一电路基板2a。电路基板2a则与印刷电路3、保护层4、焊料5与电子工作元件6组成另一印刷电路板200。

以上所列举的两组实施例均可利用本发明所提供的制造方法来加以制作。由于上述第二实施例的制作流程较为繁杂，也更具有代表性，因此，以下将列举第二实施例的电路基板2a的结构来加以具体说明。

请继续参阅图6，其为显示本发明第二实施例的简易流程图。同时，请一并参阅图4与图5。如图所示，电路基板2a的制作程序可依循以下步骤。首先在步骤110，先制备具有配置面211与散热面212的基材层21，并在步骤120再对配置面211与散热面212进行阳极处理处理，借以在配置面211与散热面212分别形成第一阳极处理层22与第二阳极处理层23。

接着在步骤130，可在第二阳极处理层23进行真空溅镀处理、等离子体气相沉积处理、化学气相沉积处理或离子注入处理，借以在第二阳极处理层23上形成导热绝缘层24。

然后在步骤140，可在导热绝缘层24上进行等离子体辅助化学气相沉积处理、上述的PVD处理或CVD处理而形成类钻(DLC)层25。最后在步骤150，在DLC层25上进行光学蚀刻处理，借以使DLC层25成为DLC散热鳍片组件25a。

通过上述的本发明实施例可知，本发明确实具有产业上的利用价值。不过以上的实施例说明仅为本发明的优选实施例说明，凡所属技术领域中普通技术人员均可依据本发明的上述实施例说明而作其它种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化，仍应属于本发明的发明精神及权利要求范围内。

Claims

1.一种电路基板，供配置至少一个电子工作元件，发散该工作元件运行时所产生的热能，并对该电子工作元件提供电性绝缘条件，该电路基板包括：

基材层，包含配置面以及散热面；

第一阳极处理层，覆设于该配置面，借以配置该电子工作元件；

第二阳极处理层，覆设于该散热面；

导热绝缘层，覆设于该第二阳极处理层，借以传导该热能；以及

类钻层，覆设于该导热绝缘层，借以发散该热能；

其中，该基材层的热膨胀系数大于该第二阳极处理层的热膨胀系数，该第二阳极处理层的热膨胀系数大于该导热绝缘层的热膨胀系数，且该导热绝缘层的热膨胀系数大于该类钻层的热膨胀系数。

2.如权利要求1所述的电路基板，其中，该第一阳极处理层还设置印刷电路，以供配置该电子工作元件。

3.如权利要求1所述的电路基板，其中，该基材层是由铝合金与铜合金其中之一构成的。

4.如权利要求1所述的电路基板，其中，该第二阳极处理层是由金属的金属氧化物构成的，借以提供该电性绝缘条件。

5.如权利要求4所述的电路基板，其中，该金属为铝，该金属氧化物为氧化铝。

6.如权利要求4所述的电路基板，其中，该导热绝缘层为该金属的金属氮化物。

7.如权利要求6所述的电路基板，其中，该金属为铝，该金属氮化物为氮化铝。

8.如权利要求1所述的电路基板，其中，该导热绝缘层是由氧化铍、碳化硅、氮化硅与氮化硼其中之一构成的。

9.如权利要求1所述的电路基板，其中，该类钻层为DLC散热鳍片组件。

10.一种电路基板的制造方法，用以制作权利要求1所述的电路基板，并且该制造方法包含以下步骤：

步骤a，制备该基材层；

步骤b，在该基材层的该配置面与该散热面分别进行阳极处理处理，借以分别形成该第一阳极处理层与该第二阳极处理层；

步骤c，在该第二阳极处理层上形成该导热绝缘层；以及

步骤d，在该导热绝缘层上形成该类钻层。

其中，该第二阳极处理层的导热系数小于该导热绝缘层的导热系数，且该导热绝缘层的导热系数小于该类钻层的导热系数。

11.如权利要求10所述的电路基板的制造方法，其中，在该步骤d后，还包含步骤f：在该类钻层上进行光学蚀刻处理，借以使该类钻层成为DLC散热鳍片组件。

12.如权利要求10所述的电路基板的制造方法，其中，该导热绝缘层是在该第二阳极处理层上进行真空溅镀处理、等离子体气相沉积处理、化学气相沉积处理与离子注入处理其中之一而形成的。

13.如权利要求10所述的电路基板的制造方法，其中，该类钻层是在该导热绝缘层上进行等离子体辅助化学气相沉积处理、PVD处理与CVD处理其中之一而形成的。

14.如权利要求10所述的电路基板的制造方法，其中，该基材层是由铝合金与铜合金中其之一构成的。

15.如权利要求10所述的电路基板的制造方法，其中，该第二阳极处理层是由金属的金属氧化物构成的。

16.如权利要求15所述的电路基板的制造方法，其中，该金属为铝，该金属氧化物为氧化铝。

17.如权利要求15所述的电路基板的制造方法，其中，该导热绝缘层为该金属的金属氮化物。

18.如权利要求17所述的电路基板的制造方法，其中，该金属为铝，该金属氮化物为氮化铝。

19.如权利要求10所述的电路基板的制造方法，其中，该导热绝缘层是由氧化铍、碳化硅、氮化硅与氮化硼其中之一构成的。