CN101826493A

CN101826493A - 散热封装基板及制造其的方法

Info

Publication number: CN101826493A
Application number: CN200910176122A
Authority: CN
Inventors: 郑明根; 高泰昊; 柳大馨; 罗骥皓
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2010-09-08
Also published as: JP4940276B2; JP2010206159A; KR20100101194A

Abstract

本发明公开了一种散热封装基板及制造其的方法。所述散热封装基板包括热管基板和电子元件，其中，热管基板包括热管和绝缘层，热管具有包含冷却剂的冷却剂接收凹槽，绝缘层设置在所述热管上，用于覆盖所述冷却剂，绝缘层上形成有电路层，以及其中，电子元件安装在电路层上。通过热管和冷却剂的散热，提高了封装基板的散热效率。

Description

散热封装基板及制造其的方法

相关申请交叉参考

本申请要求于2009年3月4号向韩国知识产权局提交的第10-2009-0018536号题为“热辐射封装基板及其制造方法”的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引证结合于此。

技术领域

本发明涉及散热封装基板及制造其的方法。

背景技术

当今，为了响应小型化、高密度以及更薄电子装置的发展，正在积极地进行具有高性能的小型化封装基板的大量研究。

具体地，为了满足对于液晶显示器增长的需求，散热封装基板的发展的研究受到了大量的关注，其中所述散热封装基板适于扩散从背光单元的光源发出的热量。

尽管过去已经主要采用为圆柱发光灯的冷阴极荧光灯作为背光单元的光源，但是，最近主要将发光二极管(此后在本文中称作LED)用于结合在移动电话等中的小尺寸的液晶显示面板上。

作为下一代光源的LED由于其在环境友好及高处理速度和节约能量方面的优点而吸引了大量的关注。然而，LED所存在的问题在于来自其有源层的能量作为热型能量以及光型能量而被发射，因而需要一种散热的解决方案。

图1是传统散热封装基板的截面示意图。

如图1所示，传统散热封装基板10以以下方式建构：包括具有高的热传导属性的散热填充物16的绝缘层14、以及电路层18a形成在金属芯12的一侧上，而LED 20形成在电路层18a上。

传统散热封装基板10被设计为以以下方式进行散热：从LED20发射出的热量通过散热绝缘层14被传递到金属芯12，如图1中的箭头所指示的。

然而，传统的散热封装基板的缺点在于其制造成本由于昂贵的散热绝缘层14而增加；以及其散热效率由于从LED 20发射出的热量不是直接传递到金属芯12而是通过散热绝缘层14间接传递到金属芯12而降低。

发明内容

因此，在谨记相关技术中出现的上述问题的情况下提出本发明，并且本发明提供了一种散热封装基板及其制造方法，其能够提高散热效率。

一方面，本发明提供了一种散热封装基板，其包括：热管基板和电子元件，热管基板包括热管和绝缘层，热管具有包含冷却剂的冷却剂接收凹槽，绝缘层设置在热管上，用于覆盖冷却剂，绝缘层上形成有电路层，以及其中，电子元件安装在电路层上。

冷却剂可以与绝缘层直接接触。

绝缘层可以在其相对横向侧端部处附着至热管的相对横向侧壁。

绝缘层的相对横向侧端部可以通过设置于其与热管的相对横向侧壁之间的热导粘合剂而附着至热管的相对横向侧壁。

绝缘层的相对横向侧端部可以通过形成在绝缘层的相对横向侧端部上的过孔而连接至所述热管的相对横向侧壁。

绝缘层的相对横向侧端部可以通过形成在绝缘层的相对侧端部上的凸块而连接至所述热管的相对横向侧壁。

电子元件可以是LED。

另外一方面，本发明提供了一种制造散热封装基板的方法，包括：(A)将其上形成有金属层的绝缘层附着至具有包含冷却剂的冷却剂接收凹槽的热管以覆盖冷却剂；(B)图案化金属层以形成电路层，从而制备热管基板；以及(C)在电路层上安装电子元件。

冷却剂可以与绝缘层直接接触。

所述(B)图案化金属层可以包括：(B1)在绝缘层中形成过孔以允许通过该过孔露出热管的相对横向侧；(B2)在金属层和过孔的内表面上形成镀层；以及(B3)图案化金属层和镀层以形成电路层。

电子元件可以是LED。

附图说明

从以下结合附图所作的详细描述中将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图中：

图1示出了传统散热封装基板的截面示意图；

图2示出了根据本发明第一实施例的散热封装基板的截面图；

图3示出了根据本发明第二实施例的散热封装基板的截面图；

图4示出了根据本发明第三实施例的散热封装基板的截面图；

图5至图7是连续示出图2所示的散热封装基板的制造过程的截面图；

图8至图12是连续示出图3所示的散热封装基板的制造过程的截面图；

图13至图16是连续示出图4所示的散热封装基板的制造过程的截面图。

具体实施方式

从以下参照附图所作的详细描述中本发明的各种目的、优点和特征将变得更加明显。

本说明书和要求中所使用的所有术语和词汇不应该限定于解释成象征性的意义和词典中的定义而应基于发明者可以恰当地定义术语的概念来更好地描述他或她知道的用于实施本发明的方法的原则解释成具有与本发明所属技术领域相关的意义和概念。

关于参考标号的指定，应注意：在不同的附图中通篇使用相同的参考标号来指定相同或相似的部件。另外，在本发明的描述中，相关设计的详细描述可能使得本发明的要点模糊的情况是需要被考虑的，诸如此的详细描述可以被省略。

下面将参照附图给出本发明实施例的详细描述。

第一实施例，散热封装基板的结构

图2是根据本发明第一实施例的散热封装基板的截面图。下面将详细描述根据本发明该实施例的散热封装基板100a。

如图2所示，根据本发明该实施例的散热封装基板100a包括热管基板116a和电子元件120。

热管基板116a包括：热管102，其设置有其中装有冷却剂106的接收凹槽104；绝缘层108，设置在热管102上以覆盖冷却剂106，并且其上形成有电路层114a。

在这种情况下，被提供来实现散热的热管102可以由从具有高的热传导特性的金属中选择的一种金属制成，这些金属诸如不锈钢、铁(Fe)、铝(Al)、镍(Ni)、镁(Mg)、锌(Zn)、铊(Ta)以及它们的合金。进一步地，热管102可以由低热膨胀系数的金属(诸如铁镍合金的不胀钢，它具有约为铁的热膨胀系数的1/10的低热膨胀系数)制成，以实现散热和封装基板的最小变形。

热管102被配置为其中设置有冷却剂凹槽104。更具体地，热管102在其一侧的冷却剂接收凹槽104处是开放的而在其另一侧是闭合的。

冷却剂106用于在蒸发和压缩时消散从电子元件120和电路层114a传递至其的热量，并可以体现为例如蒸馏水。在该上下文中，冷却剂106容纳在热管102的冷却剂接收凹槽104中，并与绝缘层108直接接触。

绝缘层108在其上侧设置有电路层114a并被附着至或层压在其中包括冷却剂接收凹槽104的热管102的一侧上。换句话说，绝缘层108以其相对的横向侧端部附着至限定冷却剂接收凹槽104的相对侧壁。在这一点上，绝缘层108的相对横向侧端部可以通过设置于其与热管102的横向侧壁之间导热粘合剂而粘附着至热管的横向侧壁以增强它们之间的附着力。因此，冷却剂106与绝缘层108直接接触，同时其被限制在形成于热管102中的冷却剂接收凹槽104中，因而它们之间的热传递路径被最小化，从而实现了快速散热。

在该实施例中，电子元件120被实现为例如通常用在液晶显示器中的LED。

第二实施例-散热封装基板的结构

图3示出了根据本发明第二实施例的散热封装基板的截面图。

下文中将根据本发明的该实施例详细描述散热封装基板100b。

如图3所示，根据本发明第二实施例的散热封装基板100b特别被配置为与根据第一实施例的散热封装基板100a的不同之处在于热管102的横向侧壁通过过孔113连接至电路层114b。更具体地，除了根据其中从电子元件120发射出的热量通过电路层114a被传递至热管102的第一实施例的散热结构外，该实施例被配置为传递通过电路层114b的热被通过过孔113直接传递至热管102，从而提高了散热效率。在该实施例中，电路层114b是由金属层110和镀层112组成。

第三实施例-散热封装基板的结构

图4是根据本发明第三实施例的散热封装基板的截面图。下文中将根据本发明的该实施例详细描述散热封装基板100c。

如图4所示，根据本发明第三实施例散热封装基板100c特别被配置为与根据第一实施例的散热封装基板100a的不同之处在于热管102的横向侧壁通过凸块B连接至电路层114c。更具体地，根据其中从电子元件120发射出的热量通过电路层114a被传递至热管102的第一实施例的散热结构外，该实施例被配置为传递通过电路层114c的热被通过凸块B直接传递至热管102，从而提高了散热效率。

第一实施例-制造散热封装基板的过程

图5至图7是连续示出制造图2所示的散热封装基板的过程的截面图。下文中将参考附图详细描述制造根据本发明第一实施例的散热封装基板100a的过程。

如图5所示，冷却剂106首先被引入到热管102的冷却剂接收凹槽104中，然后，包括形成于其上的金属层110的绝缘层108被附着至热管102以覆盖冷却剂106。因此，冷却剂106与除了相对横向侧区域以外的绝缘层108的内侧区域接触，并被绝缘层108覆盖。

在这一点上，绝缘层108的相对横向侧端部附着至由冷却剂接受凹槽104形成的热管102的横向侧壁。绝缘层108在热管102上的附着可以以这样一种方式实现：即绝缘层108的相对横向侧端部被加热到半硬化，然后放置到热管102的横向侧壁上，随后完全硬化。

虽然附图中未示出，但是可以在绝缘层108的相对横向侧端部和热管102的横向侧壁之间设置导热粘合剂以增强它们之间的附着力。

如图6所示，金属层110被图案化以形成电路层114a，从而提供热管基板116a。

在这一点上，电路层114a可以使用典型的电路形成过程来形成。例如，电路层114a可以通过减成法形成，在减成法中，干膜(DF)层被施加到金属层110上，然后对干膜进行曝光、显影和蚀刻处理。

如图7所示，电子元件120被安装在电路层114a上，从而提供乐散热封装基板100a。在该实施例中，通过同时制备多个热管基板116a，然后将电子元件120安装在各热管基板116a上，可以提高产品的产量。

通过上述过程，就制成了图2所示的散热基板100a。

第二实施例-制造散热封装基板的过程

图8至图12是连续示出制造图3所示的散热封装基板的过程的截面图。下面将参考附图详细描述制造根据发明第二实施例的散热封装基板的过程。在该实施例的以下描述中，与第一实施例中相似或相同的部件在所有的相关附图中都以相同的参考标号表示，并且省略了其多余描述。

如图8所示，冷却剂106首先被引入到热管102的冷却剂接收凹槽104中，然后，包括形成于其上的金属层110的绝缘层108附着至热管102以覆盖冷却剂106。

如图9所示，过孔H形成在绝缘层108和金属层110中。在这一点上，过孔H被配置为允许通过其露出热管102的横向侧壁，并且可以使用机械钻孔或激光钻孔(CO₂或YAG激光钻孔)形成。

形成过孔H后，可以进一步执行去毛刺和去玷污处理。

如图10所示，金属层110和过孔H的内表面镀铜，从而在其上覆以镀层112。

在这一点上，镀层112包括通过无电镀工艺沉积的无电镀层和通过电镀工艺沉积的电镀层。

如图11所示，金属层110和镀层112被图案化从而形成包括过孔113的电路层114b，从而提供了热管基板116b。

在这一点上，电路层114b可以以这样一种方式形成：即将诸如干膜(DF)的抗蚀剂施加至镀层112并图案化、蚀刻金属层110和电镀层112上没有施加抗蚀剂的区域、以及去除抗蚀剂。

在该实施例中，由于过孔113连接至热管112的横向侧壁，所以可以实现将从电子元件120发射出的热量直接传递至热管102。如图12所示，电子元件安装在电路层114b上。

通过上述处理，就制成了图3所示的散热基板100b。

第三实施例-制造散热封装基板的过程

图13至图16是连续示出制造图4所示的散热封装基板的过程的截面图。下面将参考附图详细描述制造根据发明第三实施例的散热封装基板的过程。在该实施例的下述描述中，与第一实施例中相似或相同的部件在所有的相关附图中都以相同的参考标号表示，并且省略了其多余描述。

如图13所示，冷却剂106首先被引入到热管102的冷却剂接收凹槽104中，然后，在热管102的横向侧壁上形成凸块B。

在这种情况下，凸块B可以通过丝网印刷工艺形成。丝网印刷工艺以以下方式进行：通过掩膜开口将导电膏施加到对象表面从而将所需的凸块印刷到对象表面上。更具体地，对准掩膜开口并将导电膏施加至掩膜的上表面。随后，使用刮板等将导电膏刮掉(scrape out)，以使导电膏在掩膜开口中突出出来并被转印至热管102，从而提供了具有所需形状和高度的凸块。可选地，凸块B可以通过其他任何已知的工艺形成，这也应该被理解为落入本发明的范围内。

如图14所示，绝缘层108和金属层110被依次地施加至带有凸块B的热管102。

在这一点上，厚度尺寸可以小于凸块B的高度的绝缘层108被设置在带有凸块B的热管102上。在该实施例中，凸块B具有比绝缘层108高的硬度，以便凸块B可以刺穿绝缘层108。在该上下文中，绝缘层108可以实现为由热固性树脂制成的半硬化的半固化片。在该实施例中，由于绝缘层具有小于凸块B的高度的厚度，因此凸块B沿其高度刺穿绝缘层108。

可以以下方式设置金属层110：在将绝缘层108加热到其软化温度时，用压力板(如具有平坦表面的不锈钢板)将金属层110压到绝缘层102上。在这一点上，金属层可以实现为铜薄膜。

绝缘层108和金属层110可以同时被一起设置到热管102上。

如图15所示，金属层110图案化以形成电路层114c，从而制备了热管基板116c。

电路层114c可以通过众所周知的减成法形成。更具体地，电路层114c可以以下方式形成：将干膜(DF)施加到金属层110上，然后对干膜进行曝光、显影和蚀刻处理。

在这一点上，金属层110可以实现为典型的铜薄膜，而在蚀刻过程中使用的蚀刻剂可以选自氯化铁(FeCl₅)蚀刻剂、氯化铜(CuCl₅)、碱性蚀刻剂以及过氧化氢/硫酸(H₂O₅/H₂SO₄)。

如图16所示，电子元件120被安装在电路层114b上。

通过上述处理，制成了图4所示的散热基板100c。

如上所述，根据本发明，散热封装基板包括其中包含冷却剂的热管，从而通过冷却剂和热管的散热能力提高了散热封装基板的散热效率。

此外，根据本发明，连接至电子元件的电路层通过过孔或凸块连接至热管，以使得能够在它们之间直接进行热传递，从而提高了散热效率。

此外，根据本发明，由于从电子元件发射出的热量通过过孔或凸块直接传递至热管，因而即使不使用包括具有高热导率的散热填充物的昂贵的散热绝缘层，也能提高散热效率。

此外，根据本发明，由于冷却剂与绝缘层的直接接触而缩短了热传递的路径，从而提高了散热效率。

此外，根据本发明，当每个都包括电路层和散热元件的多个热管基板被共同制备，然后将多个电子元件安装到各热管上时，就可以容易地制造散热封装基板。

尽管为了说明性的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应当理解，在不背离如所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的前提下，可以进行各种修改、增加和替代。因此，这样的修改、增加和替代应该被理解为落入本发明的范围之内。

Claims

1.一种散热封装基板，包括：

热管基板，其包括热管和绝缘层，所述热管具有包含冷却剂的冷却剂接收凹槽，所述绝缘层设置在所述热管上，用于覆盖所述冷却剂，所述绝缘层上形成有电路层；以及

电子元件，安装在所述电路层上。

2.根据权利要求1所述的散热封装基板，其中，所述冷却剂与所述绝缘层直接接触。

3.根据权利要求1所述的散热封装基板，其中，所述绝缘层在其相对横向侧端部处附着至所述热管的相对横向侧壁。

4.根据权利要求3所述的散热封装基板，其中，所述绝缘层的相对横向侧端部通过设置于其与所述热管的相对横向侧壁之间的热导粘合剂而附着至所述热管的相对横向侧壁。

5.根据权利要求3所述的散热封装基板，其中，所述绝缘层的相对横向侧端部可以通过形成在所述绝缘层的相对横向侧端部上的过孔而连接至所述热管的相对横向侧壁。

6.根据权利要求3所述的散热封装基板，其中，所述绝缘层的相对横向侧端部可以通过形成在所述绝缘层的相对侧端部上的凸块而连接至所述热管的相对横向侧壁。

7.根据权利要求1所述的散热封装基板，其中，所述电子元件是LED。

8.一种制造散热封装基板的方法，包括：

(A)将其上形成有金属层的绝缘层附着至具有包含冷却剂的冷却剂接收凹槽的热管以覆盖所述冷却剂；

(B)图案化所述金属层来形成电路层，以制备热管基板；以及

(C)将电子元件安装在所述电路层上。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述冷却剂与所述绝缘层直接接触。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述绝缘层在其相对横向侧端部处附着至所述热管的相对横向侧壁。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述绝缘层的相对横向侧端部通过设置于其与所述热管的相对横向侧壁之间的热导粘合剂而附着至所述热管的相对横向侧壁。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述绝缘层的相对横向侧端部可以通过形成在所述绝缘层的相对侧端部上的过孔而连接至所述热管的相对横向侧壁。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，图案化金属层的步骤(B)包括以下步骤：

(B1)在所述绝缘层中形成过孔以允许通过所述过孔露出所述热管的相对横向侧壁；

(B2)在所述金属层和所述过孔的内表面上形成镀层；

(B3)图案化所述金属层和所述镀层以形成所述电路层。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述电子元件是LED。