CN101874299B - 具有散热孔的陶瓷基板 - Google Patents

具有散热孔的陶瓷基板 Download PDF

Info

Publication number
CN101874299B
CN101874299B CN2008801186744A CN200880118674A CN101874299B CN 101874299 B CN101874299 B CN 101874299B CN 2008801186744 A CN2008801186744 A CN 2008801186744A CN 200880118674 A CN200880118674 A CN 200880118674A CN 101874299 B CN101874299 B CN 101874299B
Authority
CN
China
Prior art keywords
louvre
reinforcement
ceramic substrate
height
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2008801186744A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101874299A (zh
Inventor
成田季总
稻叶明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EIDP Inc
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EI Du Pont de Nemours and Co filed Critical EI Du Pont de Nemours and Co
Publication of CN101874299A publication Critical patent/CN101874299A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101874299B publication Critical patent/CN101874299B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
    • H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
    • H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Printing Elements For Providing Electric Connections Between Printed Circuits (AREA)

Abstract

本发明涉及陶瓷基板，所述陶瓷基板具有穿过基板的散热孔以用于向外散热，其中所述陶瓷基板具有将散热孔的开口分成两个或更多个部分的加强结构，并且加强结构的高度小于散热孔的高度。

Description

具有散热孔的陶瓷基板
发明背景
发明领域
本发明涉及陶瓷基板中的散热孔的结构。
技术背景
近年来，由于形成的电路愈来愈复杂，因此对基板具有更好的热发散性能的需求也日益增多。
改善散热性的已知方法是改善基板等组成材料的热导率。例如，WO2002-045470公开了一种通过焙烧之前降低氮化铝模制主体中残余碳的含量来获得高热传导率的氮化铝的方法。
另一种改善散热性的已知方法是使用散热孔。由薄片和其他热发生器产生的热量通过散热孔传递到基板以外。JP 2002-158318公开了通过在散热孔周边布置高热传导材料来促进散热的技术。
为了达到改善散热性的目的，可以把散热孔的尺寸做大；但如果散热孔太大，则散热孔填料与散热孔四周之间的粘附力不足，填料可能在受到外力时脱落。
期望提供确保散热孔填料与大开口的散热孔四周之间的粘附力的方法。
发明概述
本发明是具有散热孔的陶瓷基板，散热孔穿过该基板以用于将热量发散到基板以外，其中该陶瓷基板具有加强结构，该加强结构将散热孔的开口分成两个或更多个，并且该加强结构的高度小于散热孔的高度。
本发明还涉及制造所述陶瓷基板以及包括该陶瓷基板的电子元件的方法。
通过在陶瓷基板上提供与散热孔内具体环境匹配的加强结构有可能增强陶瓷基板与散热孔内填料之间的粘合强度，从而使填料在受到外力时不会脱落。
附图简述
图1A和1B示出了本发明的一个实施方案中陶瓷基板的结构，图1A为顶视图，图1B为剖面图；
图2A和2B示出了本发明的陶瓷基板中散热孔与加强结构之间的关系，图2A和2B示出了本发明的一个实施方案的顶视图和剖面图，图2C至图2H示出了比较实施例的视图；
图3示出了本发明的陶瓷基板中散热孔与加强结构之间的关系，图3A和3B示出了本发明的一个实施方案的顶视图和剖面图，图3C至图3D示出了比较实施例；
图4示出了本发明的陶瓷基板中散热孔与加强结构之间的关系，图4A和4B示出了本发明的一个实施方案，图4C至图4H示出了比较实施例；
图5示出了本发明的陶瓷基板中散热孔与加强结构之间的关系，图5A、5B和5C示出了本发明的一个实施方案，图5D至图5I示出了比较实施例；
图6A至6D示出了本发明的陶瓷基板的制造方法；
图7A至7D示出了本发明的陶瓷基板的另一种制造方法；
图8A至8J示出了用填料组合物填充本发明的陶瓷基板中通路孔等的步骤；
图9为示出本发明的电子元件的一个实例的图；并且
图10示出本发明的实施例制备的陶瓷基板的形状等。
发明详述
本发明涉及具有散热孔的陶瓷基板的结构，所述散热孔穿过该基板以用于向外散热。具体地讲，本发明的陶瓷基板中散热孔具有加强结构，该加强结构将散热孔的开口分成两个或更多个，并且该加强结构的高度小于散热孔的高度。
氧化铝、氮化铝、氧化锆或已知的二氧化硅、玻璃或其他基板可用作本发明的陶瓷基板。
散热孔包含的加强结构的材料不受具体限制，只要该材料可避免填充到散热孔的填料脱落，但是优选该材料与陶瓷基板的材料相同。
本发明的散热孔的加强结构可以是任何结构，只要它将散热孔的开口分成两个或更多个，并且只要该加强结构的高度小于散热孔的高度。
本发明的一个实施方案是具有包含加强结构的散热孔的陶瓷基板，其结构如图1所示。图1A示出顶视图，而图1B示出a-a’横截面。
在该实施方案中，如图1A所示，陶瓷基板100具有基板主体102和散热孔104，并且加强结构106将散热孔104平均分成四个(在这些说明中，加强结构106a(竖直显示)和加强结构106b(水平显示)一起被称为106)。如图1B横截面所示，加强结构106从散热孔一端的开口110(底部)竖直形成，其朝向另一端的开口108(顶部)，并且其高度a小于散热孔的高度(加强结构的高度a和散热孔的高度h在下文中定义)。在图1中，加强结构和散热孔被分别成形为矩形并且垂直于陶瓷基板的厚度(本发明中优选的形状)，但本发明并不局限于这种结构，例如加强结构和散热孔可以具有梯形的横截面，其中顶部开口108大于底部开口110。
如本文所用，术语“顶部开口”和“底部开口”分别指当陶瓷基板用作电子元件时要安装热发散的组件(例如LED薄片)的一面和不安装此类组件的一面。在这些说明中，顶视图是指从具有顶部开口的一面观察到的视图。
如该实施方案所示，本发明的散热孔具有加强结构106，该加强结构将散热孔分成两个或更多个。在上述实例中，散热孔被分成4个，但是散热孔也可以例如仅被图1中的加强结构106a(竖直显示)或加强结构106b(水平显示)中的任何一个来分成两个，还可将加强结构安排成将散热孔分成三个或更多个。散热孔中的加强结构的位置也不受具体限定。也就是说，在本发明的一个实施方案中，如图1所示，散热孔104的通孔被均匀划分，但是本发明的加强结构不局限于这种设计。散热孔中的加强结构在陶瓷基板的垂直方向(厚度)上的位置也不受特殊限制，可在避免通路孔中填料脱落的适当范围内进行选择。在本发明中，加强结构优选被成形为矩形，从散热孔的底部开口110竖直延伸至顶部开口108，如图1B所示。
如上所述，本发明中的加强结构置于基板主体102的散热孔内部。除上述说明之外，期望加强结构还满足下列(i)至(iii)的所有条件：
(i)假定加强结构高度为a，并且散热孔高度为h，则a/h在0.1至0.8的范围内；
(ii)假定加强结构的顶部面积为b，并且散热孔的开口面积为s，则b/s在0.10至0.80的范围内；
(iii)假定散热孔的开口面积为s，并且散热孔的表面面积为t，则t/s为4.0或更小。
下面结合附图来说明上述(i)至(iii)中的参数。
(说明(i))
在说明(i)中，“加强结构的高度a”为陶瓷基板的散热孔中的加强结构在竖直方向(厚度方向)上的高度。在说明(i)中，“散热孔的高度h”为在陶瓷基板中的散热孔在竖直方向(厚度方向)上的高度。具体地讲，“加强结构的高度a”和“散热孔的高度h”参照图2A至图2H进行了说明。图2仅为示例，本发明并不局限于此。图2A和2B示出与图1所示相同的本发明所期望的具有加强结构的散热孔，图2C和2D示出不具有加强结构的散热孔，图2E和2F示出了在散热孔的一面具有阶梯202(非加强结构)的实例，并且图2G和2H示出具有加强结构的实例，其中该加强结构将散热孔分成多个孔洞，并且加强结构的高度与散热孔的高度h相同。在图2B、2D、2F和G中，横截面分别为顶视图中的a-a’横截面和d-d’横截面。
如图2A至图2G所示，“加强结构的高度a”表示在陶瓷基板的散热孔104中加强结构106在厚度方向(垂直方向)上的高度(以a表示)。“散热孔的高度h”表示无论有无加强结构106，在陶瓷基板的厚度方向(竖直方向)上从一个开口(顶部开口)108延伸至另一个开口(底部开口)110的高度(以h表示)。
(说明(ii))
在说明(ii)中，“加强结构的顶部面积b”表示朝向在散热孔中的顶部开口的加强结构的顶部的面积。在说明(ii)中，“散热孔的开口面积s”表示在陶瓷基板中的散热孔的顶部开口的面积。具体地讲，“加强结构的顶部面积b”参照图3A至图3D进行了说明，而“散热孔的开口面积s”参照图4A至图4H进行了说明。图3和图4仅为示例，本发明并不局限于此。图3A和图4A示出了与上面图1所示相同的本发明所期望的具有加强结构的散热孔，而图4C示出了不具有加强结构的散热孔的实例，并且图4E示出了在散热孔的一面中具有阶梯202(非加强结构)的实例，并且图3C和图4G示出了具有加强结构的实例，其中该加强结构将散热孔分成多个孔洞并且加强结构的高度与散热孔的高度h相同。在图3A和3C中，横截面分别为顶视图的a-a’横截面和b-b’横截面；而在图4A和4G中，横截面分别为顶视图a-a’横截面和d-d’横截面。
如图3所示，“加强结构的顶部面积b”表示在散热孔104的加强结构106朝向顶部开口108的顶部平坦表面的面积(图3A和图3C的顶视图中以实心点显示的十字并且始终用b表示的部分(下文同)，以及在图3A和3C的横截面图中以粗实线显示的部分和始终用b表示的部分(下文同))。“散热孔的顶部面积s”表示顶部开口108的面积，无论是否具有加强结构106。更具体地讲，如图4A所示，当加强结构的高度a小于散热孔的高度h时，则顶部开口的面积即为作为整体的顶部开口的面积s，其包括加强结构的顶部面积(图3A的顶视图中b部分)(图4A的顶视图中的实心点部分和始终用s表示的部分(下文同)，以及在图4A的横截面中显示为实线的部分(始终用s表示的部分，下文同))。如在图4C中所示，当不存在加强结构时，则它就是散热孔的顶部开口的面积s。如在图4E中所示，当散热孔在散热孔洞的边缘处形成有阶梯时，则它就是包括阶梯在内的作为整体的顶部开口的面积s。最后，如图4G所示，当加强结构的高度a与散热孔的高度h相同时，则它就是散热孔洞被分成两个或更多个之后其中一个孔洞的顶部开口的面积(在4G的顶视图中实心点显示的并且始终以s表示的部分(下文同)，以及在横截面图4H中用实线显示的并且也在图4G中用s表示的部分(下文同))。
(说明(iii))
在说明(iii)中，“散热孔的开口面积s”的定义与上述说明(ii)相同。在说明(iii)中，“散热孔的表面面积t”为包括散热孔洞的整个表面的面积，并且如果存在加强结构，还包括加强结构的所有表面的面积。“散热孔的表面积t”参照图5A至图5E进行了详细说明。然而，图5仅为示例，本发明并不局限于此。图5A示出了与图1所示相同的本发明所期望的具有加强结构的散热孔，图5D示出了不具有加强结构的散热孔的实例，图5F示出了在散热孔的边缘具有阶梯202(非加强结构)的实例，并且图5H示出了具有加强结构的实例，其中该加强结构将散热孔分成多个孔洞并且加强结构的高度与散热孔的高度h相同。在图5A中，横截面图(5B)和(5C)分别为在顶视图中的a1-a1’和a2-a2’横截面，而在图5H中，横截面为在顶视图中的d-d’横截面。
如图5A所示，当加强结构的高度小于散热孔高度h时，则“散热孔的表面面积t”为包括散热孔自身的表面面积502和加强结构的表面面积504的面积。当如在5D中所示不存在加强结构时，则表面面积t为竖直方向(厚度方向)上的散热孔的面积502。当如图5F所示，散热孔的孔洞边缘具有阶梯时，则表面面积t为包括散热孔在竖直方向(厚度方向)上的面积502以及阶梯部分的面积502的面积。当如图5D所示加强结构的高度a与散热孔的高度h相同时，则表面积t为散热孔的整个表面积502和加强结构的整个表面积504之和。
应当指出，为了使图片简单明了，图1至5对应部分的相关符号并未全部标出。
接下来，为了增加热传导率，使用填料对本发明的陶瓷基板中的散热孔进行填充。所述填料由填料组合物组成，填料组合物中包含具有良好热导率的材料。
在本发明中，填料组合物包含金属和载体，并可任选地包含除金属之外的其他导热材料。
下面将说明填料组合物的组分。
1.金属
对于金属没有特别限制，但是优选为包括选自银、钯、金、铂、铜、铝和镍的一种或两种或更多种金属的材料。这些金属可以各种形状予以利用，包括球体和薄片等。所述金属的平均粒度不受特别限制，但优选为0.5至8μm，或更优选1至6μm。
2.导热材料
除了前述金属以外，填料组合物还可包含导热材料。对于非金属的导热材料没有特别限制，但是优选选自碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、金刚石和石墨。
3.载体
载体的类型不受特殊限制。例如，粘合剂树脂(例如乙基纤维素树脂、丙烯酸类树脂、松香改性的树脂、和聚乙烯醇缩丁醛树脂等)和有机溶剂(例如丁基卡必醇乙酸酯(BCA)、萜品醇、醇酯、BC和TPO等)的有机混合物可作为载体使用。
在填料组合物中，金属、载体和导热材料的含量百分比按组合物的总重量计分别为：70至96重量％或更优选80至94重量％的金属，4至40重量％或更优选6至20重量％的载体，以及0至10重量％或更优选0.2至5重量％的导热材料。
本发明的填料组合物可包含玻璃粉等作为附加组分。配混玻璃粉的目的是增强焙烧陶瓷和烧结组成之间的粘合力。玻璃粉的含量按组合物的总重量计优选为0.1至10重量％，或更优选0.2至5重量％。玻璃粉的平均粒度优选为0.1μm至5μm，或更优选0.3μm至3μm。
本发明的填料组合物可通过使用三辊磨等混合前述组分来适当地制备。
下文将说明制造本发明的陶瓷基板的方法。
第一实施方案结合图6说明陶瓷基板的制造方法，其中通过喷砂或激光形成通路孔。
第一实施方案中的陶瓷基板的制造方法为制造用于向外散热的具有穿过基板的散热孔的陶瓷基板的方法。具体地讲，这一方法包括(1)提供陶瓷基板步骤和(2)使用喷砂机或激光在陶瓷基板中切割形成具有加强结构的散热孔的步骤，该步骤形成的散热孔中，加强结构将散热孔的开口分成两个或更多个并且加强结构的高度小于散热孔的高度。
结合图6说明本实施方案的制造方法的第1步。在步骤1中，见图6A，制备陶瓷基板主体602(这种基板为市售陶瓷基板，例如Tokuyama、Asahi Technoglass AlN基板、Kyocera Al2O3基板等)。必要时，目标陶瓷基板主体也可以通过焙烧由适当材料构成的印刷电路基板来制备。根据印刷电路基板的类型，可在适当的条件下用适当的方法进行焙烧。
接下来，在步骤2中，见图6B，在陶瓷基板主体602中形成具有加强结构106的通路孔。
可采用喷砂工艺、激光工艺、电子束工艺等方法在陶瓷基板主体602中形成具有加强结构106的通路孔104。通过这些方法在陶瓷基板主体中形成具有加强结构106的通孔，从而制造散热孔。具体地讲，在喷砂工艺中，通过喷砂将细小的沙粒606吹过具有加强结构106形状的掩模604来形成特定的结构(例如上述图6B中的加强结构608)。用于电子元件的陶瓷基板为了达到导热的目的，除了散热孔之外，还具有小直径的环形通路孔。根据图6所示的构型，大直径通路孔104组成散热孔(包括加强结构106)以用于发散安装组件产生的热，而小直径通路孔610为环形通路孔。
通孔形成后，为了将加强结构606的高度降至小于通路孔的高度，可以通过掩模612(不具有加强结构的形状)进行喷砂，直到加强结构106达到指定高度。在激光方法或电子束方法中，激光或电子束可以用来切割陶瓷基板主体602，直至加强结构106达到指定高度。针对被切割的陶瓷基板主体的不同，激光或电子束方法采用不同的条件。可从传统方法中选择适当的陶瓷基板主体的暴露条件。
散热孔(通孔)的尺寸不受具体限制，但优选在与基板表面平行的平面上，通孔的面积为4mm2或更大。更具体地讲，如果散热孔为圆形，则优选具有2.5mm或更大的相对大直径。
接下来，结合图7的第二实施方案说明使用印刷电路基板制造陶瓷基板的方法。
该方法是使用印刷电路基板来制造具有穿过基板的散热孔的陶瓷基板以用于向外散热，其中散热孔也具有加强结构。具体地讲，该方法包括步骤(1)图7A，制备(7a)陶瓷印刷电路基板，该陶瓷印刷电路基板具有散热孔，该散热孔不具有将散热孔的开口分成两个或更多个的加强结构，以及(7b)陶瓷印刷电路基板，该陶瓷印刷电路基板形成有将散热孔分成两个或更多个的加强结构；步骤(2)图7B，层压这些陶瓷印刷电路基板以形成层压印刷电路基板，该基板具有加强结构，将散热孔的开口分成两个或更多个，并且加强结构的高度小于散热孔的高度；步骤(3)图7C，焙烧层压印刷电路基板。
第1步是制备上述印刷电路基板(a)和(b)。
首先，制备不具有通孔的印刷电路基板702和704(图7A)作为这些印刷电路基板的基础。
就例如低温焙烧陶瓷而言，这些印刷电路基板可由50至65重量％的CaO-SiO2-Al2O3-B2O3玻璃和50至35重量％的氧化铝的混合物构成。此外，也可以使用例如MgO-SiO2-Al2O3-B2O3玻璃和氧化铝的混合物、SiO2-B2O3玻璃和氧化铝的混合物、PbO-SiO2-B2O3玻璃和氧化铝的混合物、或堇青石微晶玻璃或在800至1000℃下焙烧的其他低温焙烧陶瓷材料。
接着，在对应(a)的印刷电路基板702以及对应(b)的印刷电路基板704上的特定位置形成通孔706、708和710作为通路孔(参阅图7B)。在对应(b)的印刷电路基板中形成通孔708，保留部分712作为加强结构。通孔706形成为不具有加强结构106的散热孔104的开口部分，并且通孔708形成为具有加强结构106中的散热孔104中的开口部分。通孔710为环形通路孔。所有通孔都可以通过冲压方法来形成。
形成通孔作为通路孔的一种方法是如上所述通过冲压印刷电路基板形成特定尺寸的通孔，但是如第一实施方案所述，也可以用其他方法形成通孔，如喷砂或激光或电子束方法。
本发明中，可以制造并层压多个印刷电路基板(a)和(b)，以获得所期望厚度的印刷电路基板。
接下来说明第2步。第2步为层压印刷电路基板(a)和(b)，以形成具有加强结构的印刷电路基板(图7C)。
首先，完成第1步后，将所得的印刷电路基板层压和按压使之粘结(图7C)。如果存在多个印刷电路基板(a)和(b)，则将其层压以形成具有加强结构的层压板。
具体地讲，加热并按压第1步所得的印刷电路基板，使之在例如60至150℃、0.1至30MPa(优选1至10MPa)的条件下形成单元。
第3步为焙烧第2步所得的层压印刷电路基板(图7D)。
焙烧第2步所得的层压印刷电路基板。具体地讲，在例如800至1000℃(优选900℃)下焙烧层压印刷电路基板，保持20分钟。
如第一实施方案中的制造方法所述，用于电子元件的陶瓷基板除具有散热孔以外，还具有小直径环形通路孔e以用于导热。根据图7所示构型，大直径通路孔104为具有加强结构106的通孔，构成散热孔用以发散安装组件的热量，而小直径通路孔610为环形通路孔。
在本发明的陶瓷基板中，通路孔可以被填料填充。这些填料可以实现对电路更有效的热扩散以及热传导。
下面结合图8说明填充填料的过程。在本发明的陶瓷基板制造方法中，在第一实施方案第2步之后和第二实施方案第2步和第3步之间，可以向通路孔中填充填料组合物。具体地讲，按如下步骤完成该过程。图8A至图8H显示第一实施方案的填充过程，而图8A’至8H’显示第二实施方案的填充过程。
首先，将填充组合物填入陶瓷基板主体102中形成的通孔104和610或印刷电路基板702和703的层压体中形成的通孔104、610和708中。填料组合物可以为如上所述的组合物。通常，采用印刷方法进行填充。在第一实施方案中，通孔104包含加强结构106，而在第二实施方案中，通孔708包含将成为加强结构的712部分。
为了降低制造成本，可以在印刷布线图案的同时填充陶瓷基板102或印刷电路基板702和704中的通孔104、610和708。在这种情况下，前述填料组合物也可以用作布线图案。
在同时进行的印刷步骤中，将筛网掩模804置于陶瓷基板主体102或印刷电路基板702上，该筛网掩模上形成有用于填充通孔104、610和708并且用于印刷布线图案802的印刷图案，将填料组合物806施用到筛网掩模上，用刮板808沿着筛网掩模的顶部表面滑动，以同时填充通孔并且印刷布线图案(图8A和图8A’至图8B和图8B’)。还期望在印刷布线图案的同时通过印刷散热孔104的对应部分的开口的上表面来形成与组件安装区域812对应的导体图案。当使用印刷电路基板时，可在印刷电路基板焙烧之后来印刷与表面层布线图案802、组件安装区域812等对应的部分。
在上述印刷步骤完成后，将反向布线图案810印刷在陶瓷基板主体102和印刷电路基板704上的通路孔开口的下表面上(图8E和图8F’至图8G和图8H’)。将筛网掩模814置于陶瓷基板主体102或印刷电路基板704的底部上，该筛网掩模上形成有用于印刷与反向布线图案810对应的部分的印刷图案，将填料组合物806施用到筛网掩模上，然后用刮板808沿着筛网掩模的顶部表面滑动。
通过这些步骤，本发明的填料组合物可施用到与表面层布线图案802、反向布线图案810和安装区域812对应的各部分，然后填充到通孔104、610和708(图8G和图8H’)中。
接下来，焙烧填料组合物或填料组合物与印刷电路基板(图8I和图8J’)。干燥和焙烧本发明的填料组合物的条件按适于基板和应用进行确定，必要时参考官方通告。例如，当陶瓷或玻璃基板用于电子电路基板时，则首先通过印刷方法填充组合物并印刷，在70℃至200℃的温度范围内干燥5至60分钟，然后在带式炉或箱式炉等中共焙烧20至120分钟，其中在450℃至900℃的最高温度范围内保持5至30分钟。
下面说明本发明中的电子元件。
本发明的电子元件的实例参看图9。图9为竖式横截面图，其示出了一个实例的模型视图，该实例使用了本发明的一个实施方案的陶瓷基板。本发明并不局限于图9所示的实施方案，并且可以应用于具有通路孔的各种类型电子元件。
如图9所示，该电子元件具有特定尺寸的基板102和在基板上的特定位置上的通路孔104和610。电阻器以及其他各种电路组件(未示出)和布线图案802、810等形成在基板的一个表面或两个面上，安装组件902(例如LED薄片等)安装在安装区域812上。通路孔104和通路孔610填充了由上述填料组合物形成的填料904。根据图9所示的构型，大直径通路孔104是散热孔以用于发散安装组件902产生的热量，而小直径通路孔610是环形通路孔。
除上述陶瓷基板制造方法和填料组合物填充过程外，如图9所示的电子元件还可使用常规方法来制造以形成各种电路组件，从而得到其上可以安装必要组件的电子电路基板。然而，在这些说明中，电子电路基板是具有所形成的各种电路并且经上述步骤填充填料的陶瓷基板，但无任何安装组件。
本发明的电子元件和电子电路基板可包括例如上述的单层基板，也可将特定尺寸的多个基板层压在一起，其中在每个基板上在特定的位置上具有各种电路组件和通路孔。就此类多层基板而言，每个基板上的导热通路孔不必在相同的位置上，而是可以在不同的位置上形成。然而，散热孔优选在每个基板上的相同位置上形成，以实现有效地将热量传输到基板的背面。
通过使用本发明的陶瓷基板，可防止填充于电子元件中大直径散热孔内的填料的脱落，从而保持通路孔的良好的电导率和热导率。
使用本发明的陶瓷基板制造的电子元件可以用于各种应用。例如，可以用于手机的高频电路或LED的散热片电路等。
实施例
通过下列实施例详细说明本发明，但这些实施例仅作示例之用，并非旨在限制本发明。
这些实施例中的基板材料、填料材料、基板、基板印刷、干燥、焙烧及评估条件如下所述。
(1)基板
使用2平方英寸、0.635mm厚的AlN基板(Asahi Technoglass基板230W/m.K)。
(2)通路孔形成
分别在每个AlN基板上通过喷砂形成图10所示的4种形状和尺寸的通路孔。
(3)填充通路孔
填料组合物如下制备：称量92重量％、组成比率为银∶钯＝95∶5的金属和8重量％的载体(纤维素载体)，在混合器中充分搅拌，并且然后经三辊磨分散。将填料组合物通过印刷填充到通路孔中，干燥并焙烧，以制备填料。
(4)印刷、干燥、焙烧
在如下条件下将前述填料组合物填充到基板上的通路孔中，然后干燥并焙烧。
印刷：使用150μm厚的不锈钢金属掩模，Newlong自动印刷机，氨基甲酸酯平面刮板(硬度70)
干燥：在箱式空气箱中，在100℃下干燥20分钟
焙烧：在带式炉中焙烧10分钟，峰值温度550℃
(5)基板评估方法
将所得的具有已填充通路孔的基板进行表面抛光。抛光方法为4个步骤：碾磨表面以除去基板表面上的薄层，然后打磨、抛光和超声清洁。使用粗糙游离抛光粉打磨。使用细小游离抛光粉抛光。使用超声清洁来除去残留在表面上的细小颗粒。超声清洁后，清点表面抛光之后保留填料的数量。
[表1]
  通路孔及加强结构   加强结构高度/散热孔高度(a/h％)   加强结构顶部面积/散热孔开口面积(b/s％)   散热孔表面积/散热孔开口面积(t/s％)   表面抛光后填料保留(％)
  实施例1   图1   53   14   174   100
  比较实施例1   图2C   0   0   89   0
  比较实施例2   图2E   0   0   124   25
  比较实施例3   图2G   0   0   195   50
如表所示，本发明的具有加强结构的散热孔的填料保留比例远高于本发明的范围之外的散热孔的填料保留比例。

Claims (8)

1.陶瓷基板，所述陶瓷基板具有穿过所述基板的散热孔以用于向外散热，
其中所述陶瓷基板具有将所述散热孔的开口分成两个或更多个部分的加强结构，并且所述加强结构的高度小于所述散热孔的高度。
2.根据权利要求1的陶瓷基板，其中假定“a”作为所述加强结构的高度并且“h”作为所述散热孔的高度，则a/h为0.1至0.8；并且假定“b”作为所述加强结构的顶部面积并且“s”作为所述散热孔的开口面积，则b/s为0.10至0.80；并且假定“s”作为所述散热孔的开口面积并且“t”作为所述散热孔的表面面积，则t/s为4.0或更低。
3.根据权利要求1的陶瓷基板，其中所述陶瓷基板由氧化铝、氮化铝、氧化锆或玻璃形成。
4.根据权利要求1的陶瓷基板，其中所述散热孔填充有包括选自银、钯、金、铂、铜、铝和镍的一种或两种或更多种金属的材料。
5.根据权利要求4的陶瓷基板，其中所述散热孔还填充有具有良好热导率并且选自碳化硅、氮化铝、金刚石和石墨的材料。
6.制造陶瓷基板的方法，所述陶瓷基板具有穿过所述基板的散热孔以用于向外散热，所述方法包括：
(1)提供陶瓷基板的步骤；以及
(2)通过喷砂或激光或电子束切割方法在所述陶瓷基板中形成具有加强结构的散热孔的步骤，其中所述加强结构将所述散热孔的开口分成两个或更多个，并且所述加强结构的高度小于所述散热孔的高度。
7.制造陶瓷基板的方法，所述陶瓷基板具有穿过所述基板的散热孔以用于向外散热，所述散热孔具有加强结构，所述方法包括：
(1)制备a和b的步骤，所述a为具有散热孔但未形成有将所述散热孔的开口分成两个或更多个的加强结构的陶瓷印刷电路基板，所述b为形成有将所述散热孔的开口分成两个或更多个的加强结构的陶瓷印刷电路基板；
(2)将所述陶瓷印刷电路基板层压在一起以形成具有加强结构的层压印刷电路基板的步骤，所述加强结构将所述散热孔的开口分成两个或更多个并且其高度小于所述散热孔的高度；以及
(3)焙烧所述层压印刷电路基板。
8.包括权利要求1的陶瓷基板的电子元件。
CN2008801186744A 2007-12-11 2008-12-11 具有散热孔的陶瓷基板 Expired - Fee Related CN101874299B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/001,267 US20090146295A1 (en) 2007-12-11 2007-12-11 Ceramic substrate having thermal via
US12/001,267 2007-12-11
PCT/US2008/086338 WO2009076494A2 (en) 2007-12-11 2008-12-11 Ceramic substrate having thermal via

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101874299A CN101874299A (zh) 2010-10-27
CN101874299B true CN101874299B (zh) 2012-04-04

Family

ID=40637680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008801186744A Expired - Fee Related CN101874299B (zh) 2007-12-11 2008-12-11 具有散热孔的陶瓷基板

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20090146295A1 (zh)
JP (1) JP2011507276A (zh)
CN (1) CN101874299B (zh)
TW (1) TW201023307A (zh)
WO (1) WO2009076494A2 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101491138B1 (ko) * 2007-12-12 2015-02-09 엘지이노텍 주식회사 다층 기판 및 이를 구비한 발광 다이오드 모듈
US20100140790A1 (en) * 2008-12-05 2010-06-10 Seagate Technology Llc Chip having thermal vias and spreaders of cvd diamond
US8757874B2 (en) 2010-05-03 2014-06-24 National Instruments Corporation Temperature sensing system and method
WO2012055206A1 (zh) * 2010-10-26 2012-05-03 Yu Jianping 氧化铝/石墨复合陶瓷材料和采用该材料为基板的led光源
KR101289186B1 (ko) * 2011-04-15 2013-07-26 삼성전기주식회사 인쇄회로기판 및 그 제조방법
US9006770B2 (en) * 2011-05-18 2015-04-14 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Light emitting diode carrier
US8908383B1 (en) * 2012-05-21 2014-12-09 Triquint Semiconductor, Inc. Thermal via structures with surface features
US9318466B2 (en) * 2014-08-28 2016-04-19 Globalfoundries Inc. Method for electronic circuit assembly on a paper substrate
ES2959517T3 (es) * 2018-11-09 2024-02-26 Siemens Energy Global Gmbh & Co Kg Disposición para determinar la temperatura de una superficie

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59230741A (ja) * 1983-06-15 1984-12-25 株式会社日立製作所 形状記憶複合材料
US4894115A (en) * 1989-02-14 1990-01-16 General Electric Company Laser beam scanning method for forming via holes in polymer materials
JPH07221218A (ja) * 1994-02-03 1995-08-18 Toshiba Corp 半導体装置
US5802699A (en) * 1994-06-07 1998-09-08 Tessera, Inc. Methods of assembling microelectronic assembly with socket for engaging bump leads
US5558267A (en) * 1995-03-31 1996-09-24 Texas Instruments Incorporated Moat for die pad cavity in bond station heater block
JPH0955459A (ja) * 1995-06-06 1997-02-25 Seiko Epson Corp 半導体装置
US6247228B1 (en) * 1996-08-12 2001-06-19 Tessera, Inc. Electrical connection with inwardly deformable contacts
JP3650689B2 (ja) * 1997-05-28 2005-05-25 三菱電機株式会社 半導体装置
US6395998B1 (en) * 2000-09-13 2002-05-28 International Business Machines Corporation Electronic package having an adhesive retaining cavity
DE10051547A1 (de) * 2000-10-18 2002-04-25 Bosch Gmbh Robert Baugruppenträger für elektrische/elektronische Bauelemente
US6750516B2 (en) * 2001-10-18 2004-06-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Systems and methods for electrically isolating portions of wafers
US6541712B1 (en) * 2001-12-04 2003-04-01 Teradyhe, Inc. High speed multi-layer printed circuit board via
US7152312B2 (en) * 2002-02-11 2006-12-26 Adc Dsl Systems, Inc. Method for transmitting current through a substrate
JP2003338577A (ja) * 2002-05-21 2003-11-28 Murata Mfg Co Ltd 回路基板装置
US6977346B2 (en) * 2002-06-10 2005-12-20 Visteon Global Technologies, Inc. Vented circuit board for cooling power components
US6958542B2 (en) * 2002-09-03 2005-10-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2004165291A (ja) * 2002-11-11 2004-06-10 Tokuyama Corp ビアホール付きセラミック基板及びその製造方法
US7286359B2 (en) * 2004-05-11 2007-10-23 The U.S. Government As Represented By The National Security Agency Use of thermally conductive vias to extract heat from microelectronic chips and method of manufacturing
US7786567B2 (en) * 2004-11-10 2010-08-31 Chung-Cheng Wang Substrate for electrical device and methods for making the same
TW200644757A (en) * 2005-04-19 2006-12-16 Tdk Corp Multilayer ceramic substrate and production method thereof
JP2007031229A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Tdk Corp 窒化アルミニウム基板の製造方法及び窒化アルミニウム基板
US7554193B2 (en) * 2005-08-16 2009-06-30 Renesas Technology Corp. Semiconductor device
JP4331769B2 (ja) * 2007-02-28 2009-09-16 Ｔｄｋ株式会社 配線構造及びその形成方法並びにプリント配線板

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009076494A3 (en) 2009-07-30
WO2009076494A2 (en) 2009-06-18
JP2011507276A (ja) 2011-03-03
CN101874299A (zh) 2010-10-27
TW201023307A (en) 2010-06-16
US20090146295A1 (en) 2009-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101874299B (zh) 具有散热孔的陶瓷基板
US20020043530A1 (en) Ceramic heater
CN100525547C (zh) 陶瓷加热器、晶片加热装置以及半导体基板的制造方法
JP6049509B2 (ja) セラミックヒーター、ヒーター電極及びセラミックヒーターの製法
JP4762208B2 (ja) 静電チャックヒータ
TWI687391B (zh) 氧化鋁燒結體的製法及氧化鋁燒結體
KR20110103307A (ko) 발광 장치
CN1887594A (zh) 具有假对称构形的低温共焙烧陶瓷结构的约束烧结方法
CN108605417A (zh) 陶瓷基板及其制造方法
DE60316746T2 (de) Keramischer Suszeptor
CN1516203A (zh) 不对称构型电介质层的约束烧结方法
CN1613139A (zh) 半导体生产系统用的陶瓷加热器
JP5091674B2 (ja) 段差を有するセラミックス基板の製造方法
CN1524826A (zh) 氧化物陶瓷材料、陶瓷基片、陶瓷层压设备和功率放大器模块
JP6263301B1 (ja) セラミックス基板及び半導体モジュール
JPH0613755A (ja) セラミック多層配線基板とその製造方法
CN1805911A (zh) 氮化铝接合体及其制造方法
JP7257867B2 (ja) 回路基板およびこれを備える電子装置
JP2001217060A (ja) セラミックヒータ
TWI839171B (zh) 半導體製造裝置用構件
WO2022224368A1 (ja) 放熱部材およびヒートシンク
WO2022014411A1 (ja) 発光素子用基板
JP2016084260A (ja) セラミック基体
JP2001118759A (ja) 半導体製造・検査装置用セラミック基板
KR101742063B1 (ko) 탄화규소 방열판 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120404

Termination date: 20131211