CN101992569A

CN101992569A - 具有金属化表面的基材

Info

Publication number: CN101992569A
Application number: CN2009101704167A
Authority: CN
Inventors: 徐元辰; 陈怡臻
Original assignee: BAITENG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BAITENG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd; Paragon Technologies Co Ltd
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: CN101992569B

Abstract

本发明是一种具有金属化表面的基材，包含：一含铝陶瓷基板；一铝层，位于该含铝陶瓷基板上；一金属层，位于该铝层上；以及一导电金属层，位于该金属层上。该金属层是由铝与该导电金属的成分所构成。该基材可作为发光二极管的散热基板。

Description

具有金属化表面的基材

技术领域

本发明是关于一种具有金属化表面的基材；特定而言，本发明是关于一种作为发光二极管的散热基板、高散热电子组件基板、或高散热电路板的具有金属化表面的陶瓷基材。

背景技术

陶瓷材料因具有极佳的绝缘及散热等性质，故被普遍地应用于发光二极管散热基板、高散热电子组件基板、高散热电路板等方面。上述基板的结构包含一陶瓷绝缘基材及金属传导层，因此须使陶瓷基板表面金属化，例如在陶瓷材料表面沉积一层导电金属薄膜，以作为该金属传导层。其中，沉积导电金属薄膜的方法大致可分为物理气相沉积法(physical vapor deposition，PVD)与化学气相沉积法(chemicalvapor deposition，PVD)，其中，PVD包含溅镀、电弧蒸镀、离子电镀等方法；CVD包含等离子体CVD、金属有机CVD等方法。

然而，由于陶瓷材料与常用的导电金属薄膜(例如铜)间彼此的附着力不佳，易产生导电金属薄膜剥落的现象。为解决此缺失，业界已提出于陶瓷材料与导电金属薄膜间沉积一黏着层，以增加彼此间的附着力。目前较常使用的黏着层材料，包含镍、铬、钛、钼等金属。

尽管导电金属薄膜易剥落的问题在某程度上已获得解决，但当于具有金属化表面的基材上进行一蚀刻工序，以图样化其表面上的金属薄膜时，通常面临另外一个问题。具体说，不同金属通常需要不同的蚀刻液来进行蚀刻，即蚀刻黏着层材料与导电金属薄膜所需的蚀刻液不同，此将增加蚀刻工序的成本及时间。

举例来说，目前业界较常使用的导电金属薄膜的材料为铜，而用以增加铜与陶瓷材料间的附着力的黏着层材料，通常是选用铬或钛。然而，一般用以蚀刻铜的蚀刻液为氯化铁，而蚀刻铬需要硝酸或盐酸等强酸性蚀刻液，蚀刻钛则需利用王水作为蚀刻液。因此，图样化具有铬或钛黏着层与铜导电金属薄膜的基材时，须进行两次蚀刻工序，不仅增加工序时间且增加工艺成本。

本发明

发明内容

本发明的目的在于提供一种包含陶瓷基板与其上的金属薄膜的基材，其不仅可提供金属薄膜与陶瓷基板间所欲的附着力，且可缩短蚀刻工序时间并降低成本。

本发明提供一种具有金属化表面的基材，包含：一含铝陶瓷基板；一铝层，位于该含铝陶瓷基板上；一金属层，位于该铝层上；以及一导电金属层，位于该金属层上；其中，该金属层是由铝与该导电金属的成分所构成。

本发明的有益技术效果是：本发明的具有金属化表面的基材，可提供优良的导电金属层的附着力，且于部分实施态样下亦可减少后续蚀刻工序所花费的时间及成本。

附图说明

在参阅附图及随后描述的实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者便可了解本发明的目的，以及本发明的技术手段及实施态样，其中：

图1为本发明的具有金属化表面的基材的剖面图；

图1A为本发明的具有金属化表面的基材的金属层的放大剖面图；

图2为可用于本发明的装置的概要简图；

图3为制备本发明的具有金属化表面的基材的流程图；以及

图4为拉力测试的剖面示意图。

具体实施方式

以下将参照附图以更充分地描述本发明的部分实施态样。但本发明尚可以多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于说明书所例述的实施态样。此外，在附图中，为明确起见可能夸示各对象及区域的尺寸，而未按照实际比例绘示。同时，除非文中有另外说明，于本发明说明书中(尤其是在后述权利要求书中)所使用的“一”、“该”及类似用语应理解为包含单数及复数形式。

首先请参考图1，其绘示根据本发明的一实施态样的具有金属化表面的基材1的剖面图。如图所示，基材1包含一含铝陶瓷基板101、一位于含铝陶瓷基板101上的铝层103、一位于铝层103上的金属层105、以及一位于金属层105上的导电金属层107。

顾名思义，本发明基材1中所使用的含铝陶瓷基板101是指含有铝成分的陶瓷基板，其材料通常可选自以下群组：氧化铝、氮化铝、及其组合，但不以此为限。此外，含铝陶瓷基板101的厚度并无任何特别的限制，端视所得基材1的用途与应用而调整。

如前述，含铝陶瓷基板101(如氧化铝)与导电金属层107(如铜)彼此间的附着力较差。相信可利用在该二层之间提供一黏着层的手段，强化彼此间的附着力。现有技术已有使用例如铬、镍等材料作为黏着层，主要是因为使用铬可减少于陶瓷材料上镀膜时所产生的应力，因此铬薄膜与陶瓷基板间的黏着力较佳；而镍与大多数的金属普遍具有不错的兼容性，因此使用镍有助于提升其与导电金属层间的黏着性。本申请发明人研究后发现，使用铝层103与金属层105的组合作为黏着层时，不但可利用铝层103与含铝陶瓷基板101间的兼容性提升彼此间的黏着性，亦可提供含铝陶瓷基板101与导电金属层107间所欲的附着力，于部分实施态样下，更利于所得基材1后续的图案化蚀刻程序。

具体说，已知纯铝虽与含铝陶瓷基板101间具有良好的兼容性因而展现优良的黏着性，但与导电金属层107的黏着力有时无法令人满意；因此，本发明于铝层103与导电金属层107之间还提供一金属层105，是由铝与所用的导电金属的成分所构成，其对下方的铝层103与上方的导电金属层107皆可提供增进的黏着力，从而有利地避免基材1上的导电金属层发生剥离的现象。

根据本发明，提供黏着效果的铝层103与金属层105的总厚度通常为约100纳米至约300纳米，较佳为约120纳米至约280纳米。原则上，总厚度在前述范围内的铝层103与金属层105即可达到一定程度的黏着效果；若总厚度低于100纳米，通常无法提供所欲的附着力，易发生导电金属层107剥离的现象，若总厚度超过300纳米，于附着力的效益上并无显著的增进，且增加制造成本及时间，不符经济效益。一般而言，于本发明的部分实施态样中，铝层103可具有约30纳米至约100纳米的厚度，较佳为约40纳米至约90纳米，且金属层105可具约70纳米至约200纳米的厚度，较佳为约80纳米至约190纳米。

于本发明的具有金属化表面的基材1中，由铝与导电金属的成分所构成的金属层105的结构可具有多样性，例如可为单层结构或多层结构，且各该层的铝浓度可各自独立呈如均匀分布或梯度分布的形式。根据本发明，金属层105的铝浓度通常为10体积％至90体积％，较佳为25体积％至45体积％。

当金属层105为单层结构时，其可具有均匀分布(即固定)的铝浓度(例如35体积％)或梯度分布的铝浓度。其中，具有梯度分布的铝浓度即指例如自铝层103往导电金属层107呈递减分布的形式(例如自45体积％递减至25体积％)。于本发明中，金属层105较佳是具有均匀分布(即固定)铝浓度的单层结构。

于金属层105为多层结构的情况下，请参考图1A，其绘示根据本发明的多层金属层105的放大剖面图。如图1A所示，金属层105包含层1051、层1053、层1055、及层1057等四层，其中层1051与铝层103相邻，层1057则与导电金属层107相邻。但应了解，本发明的基材1亦可以其它层数的态样予以体现，例如可为双层、三层、五层、六层等，并不限于所绘示者。

层1051、层1053、层1055及层1057可具有相同或彼此不同的铝浓度，或可具有相同或彼此不同的铝浓度分布。举例来说，层1051、层1053、层1055及层1057可分别具有40体积％、35体积％、30体积％及25体积％的均匀分布的铝浓度，以形成铝浓度往导电金属层107呈(阶梯式)递减分布的多层金属层105。又或者，层1051、层1053、层1055及层1057本身皆具有梯度分布的铝浓度且一起形成整体具有梯度分布铝浓度的多层金属层105，例如层1051、层1053、层1055及层1057可分别具有自约45体积％往层1053递减至约40体积％、自约40体积％往层1055递减至约35体积％、自约35体积％往层1057递减至约30体积％与自约30体积％往导电金属层107递减至约25体积％的梯度分布的铝浓度。

请再次参考图1，本发明基材1包含导电金属层107，位于金属层105上。构成导电金属层107的材料并无任何特殊的限制，只要其具有导电性即可。可用以构成导电金属层107的材料例如可为以下之任一种：金、银、铝、铜、前述金属的合金、经少量杂质掺混的前述金属、及其组合。根据本发明的一实施态样，导电金属层107是由铜所构成。此外，导电金属层107的厚度通常视所得基材的用途与规格而定，一般为约100纳米至约300纳米，较佳为约100纳米至约200纳米。

于本发明的部分实施态样中，是采用单层金属层105，其是由铝铜混合金属所构成，亦即，此时的导电金属层107是由铜构成。于此，由于对铝及铜而言，皆可使用如氯化铁蚀刻液进行蚀刻，故于后续的图案化金属薄膜的工序具减少工序时间及成本的优势。

可使用任何合宜的方法以制造本发明具有金属化表面的基材1，例如，可利用物理气相沉积法。根据本发明的部分实施态样，是利用物理气相沉积法制备基材1，例如可使用溅镀法于含铝陶瓷基板101上依序沉积铝层103、金属层105、及导电金属层107。

而当使用一合金靶材沉积金属层105时，会受到合金靶材中所含成分比例的限制，进而降低所形成的金属层105的组成的选择性。具体说，一般合金钯材中所含金属的比例有其材料上的限制，例如铝合金靶材最多含有约6体积％的铜，而铜合金靶材最多含有约10体积％的铝。因此，于选用铜作为导电金属的情况下，当使用铜合金靶材来进行溅镀以形成含铝及铜的金属层时，在铜合金钯材中铝含量本就不高的情况下，经过溅镀工序所形成的含铝及铜的金属层中的铝浓度将变得更低，所能提供的与铝层103间的黏着效果并不显著；另一方面，在使用铝合金靶材的情况下，虽然可形成具有高铝浓度的含铝及铜的金属层，但铜浓度则相对的大幅降低，与铜导电金属层107间的黏着性亦会随的降低。

有鉴于此，根据本发明的部分实施态样，是利用一共溅镀法以形成金属层105，以图2所绘示的装置2作进一步的说明。装置2包含一第一靶材201、一第一阴极202、一第二靶材203、一第二阴极204、一待溅镀的基板205、一真空抽气系统206、一真空室207、一进气系统208、一第一直流电源供应器209、以及一第二直流电源供应器210。于操作时，是在通有工作气体，例如氩气(由进气系统208所提供)的真空室207(由真空抽气系统206所提供)内，利用第一直流电源供应器209及第二直流电源供应器210分别提供能量至第一阴极202及第二阴极204，从而使工作气体等离子体化。该等离子体化的工作气体撞击第一靶材201及第二靶材203，从而使第一靶材201及第二靶材203的金属沉积于待溅镀的基板205上，以形成所欲的金属层105。

进一步说，由于可分别控制第一直流电源供应器209及第二直流电源供应器210所提供的能量大小，进而可控制所形成的金属层105的成份比例。例如，若第一直流电源供应器209所提供的能量较高，则所得的金属层105中所含的第一靶材201的金属比例会相对较高。如此，可轻易地调整金属层105中的铝浓度至所欲的范围且呈所欲的分布。同时，通过控制第一直流电源供应器209及第二电流供应器210所供应的能量大小与操作时间，可轻易获得具有所欲厚度的金属层105。举例来说，以沉积铝浓度为约25体积％至约30体积％的单层含铝及铜的金属层105为例，第一电流供应器209与第二电流供应器210所供应的能量功率比为约1至约1.5。

此外，由于第一直流电源供应器209及第二直流电源供应器210是个别控制，此装置亦适用于溅镀单一成份的金属，即一般常用的溅镀法。举例来说，若第一直流电源供应器209不提供任何能量，仅由第二直流电源供应器210提供能量使工作气体等离子体化并撞击第二靶材203，则所得即为第二靶材203的金属沉积层；且如前述，通过控制第二直流电源供应器210所供应的能量及操作时间，可据以形成具有所欲厚度的金属沉积层。举例来说，于形成具有约100纳米至300纳米厚度的铜导电金属层107的情形下，第二直流电源供应器210所供应的能量约为120瓦至180瓦且操作时间约为4分钟至8分钟。

由上可知，图2所示的装置特别适用于制备本发明的基材，通过第一靶材201与第二靶材203的选用，并通过调控第一直流电源供应器209与第二直流电源供应器210所供应的能量大小与操作时间(沉积时间)，可简易地于待溅镀的基板205(含铝陶瓷基板101)上依序形成具所欲性质的铝层103、金属层105及导电金属层107。此外，亦可省去更换溅镀用靶材所需的时间及成本，从而降低工序时间及工序成本。

根据本发明，视需要地，可在沉积铝层103于含铝陶瓷基板101上之前，先对含铝陶瓷基板101进行一前置清洁程序，以去除含铝陶瓷基板101表面的杂质及脏污等，此是本发明所属技术领域所熟知的步骤。一般而言，先以惯用的清洁液清洗含铝陶瓷基板101后用水冲洗，接着再以酸性溶液清洗，并再次以用水冲洗，最后将经清洗的含铝陶瓷基板101干燥，以供使用。

一般而言，于上述前置清洁程序之后，通常会对陶瓷基板的表面进行一等离子体处理，以进一步清洁陶瓷基板的表面并增加表面活性，从而可增加陶瓷基板与后续所沉积的层的黏着力。于本发明中，毋须对含铝陶瓷基板101进行等离子体处理即可与后续沉积的层结构(即铝层103/金属层105/导电金属层107)展现良好的黏着力，进而可节省进行等离子体处理所需的时间及成本。

以下将以制备具有铝层/含铝及铜的金属层/铜导电金属层的基材，以进一步说明本发明，请参考图3，其是绘示利用图2所示的装置制备此基材的流程图。首先，选择含铝陶瓷基板、第一靶材201及第二靶材203的材料，如图3所示，此具体实施态样是使用氧化铝基板，并分别选用铝靶材与铜靶材作为第一靶材201与第二靶材203。接着，对氧化铝基板进行前置清洁程序，从而提供作为待沉积的氧化铝基板205。

之后，将氧化铝基板置入真空室207内，真空室的压力抽气完成之后通入工作气体氩气，利用第一直流电源供应器209供应一能量至第一阴极202，以使氩气(工作气体)等离子体化并撞击第一靶材201(铝靶材)历时一段时间，从而于基板205上沉积一铝层。接着，利用第一直流电源供应器209及第二直流电源供应器210分别提供能量至第一阴极202及第二阴极204，以使氩气等离子体化并撞击第一靶材201(铝靶材)及第二靶材203(铜靶材)历时一段时间，从而于铝层上沉积一含铝及铜的金属层。最后，利用第二直流电源供应器210提供能量至第二阴极204，以使氩气等离子体化并撞击第二靶材203(铜靶材)历时一段时间，以于含铝及铜的金属层上沉积一铜导电金属层，最后制得一具有铝层/含铝及铜的金属层/铜导电金属层的基材。

由上述说明可知，本发明具有金属化表面的基材，不仅具有陶瓷材料的良好散热及绝缘性质，同时其上的金属导电层亦展现优异的附着力，因而可用作例如发光二极管的散热基板、高散热电子组件基板、高散热电路板等等，尤其特别适用于作为发光二极管的散热基板。

以下将提供实施例以进一步详述本发明，但本发明亦可以其它实施态样、其它实施例予以体现，不应认定其仅限于本文所述的实施例。

实施例

制备实施例1

利用如图2所示的装置制得本发明具有金属化表面的基材。首先对氧化铝基板进行前置清洁程序，先以惯用的清洁液清洗基板后用水冲洗，接着再以硝酸清洗，然后再次用水冲洗，之后于110℃下烘烤该基板，以提供作为待沉积的氧化铝基板205。

将经前述清洁处理的氧化铝基板205(厚度400纳米)置于一真空室207中，为确保真空室207中不存在其它非工序所需的气体，先以真空抽气系统206将真空室207抽气至1×10-6托耳后，再通入氩气作为工作气体(由进气系统208提供)，以使通入工作气体后的真空室207内的工作压力为3.5×10-3托耳。接着利用第一直流电源供应器209提供150瓦的能量至第一阴极202，以使氩气等离子体化并撞击第一靶材201(铝靶材)历时3分钟，从而于基板205上沉积一厚度为55纳米的铝层。接着，利用第一直流电源供应器209及第二直流电源供应器210分别提供150瓦的能量至第一阴极202及第二阴极204，以使氩气等离子体化并撞击第一靶材201(铝钯材)及第二靶材203(铜钯材)历时3分钟，进而于铝层上沉积一厚度为85纳米的含铜及铝的金属层(铝浓度约为25体积％，铜浓度约为75体积％)。最后，利用第二直流电源供应器210提供150瓦的能量至第二阴极204，以使氩气等离子体化并撞击第二靶材203(铜钯材)历时3分钟，以于含铜及铝的金属层上沉积一厚度为105纳米的铜导电金属层，所得基材的组成如表1中所示。其中，各层的厚度是利用Surfcorder ET4100测量仪器测得。

比较制备实施例2

重复制备实施例1的程序，但省略溅镀铝与共溅镀铝及铜的步骤而直接溅镀铜于氧化铝基板上，制得仅具有铜导电金属层的基材(试样1)。

重复制备实施例1的程序，惟未进行共溅镀铝及铜的步骤，所得基材仅具有铝层与铜导电金属层(试样2)。

重复制备实施例1的程序，惟省略溅镀铝的步骤，制得仅具有含铝及铜的金属层与铜导电金属层的基材(试样3)。

所得试样1至3的组成如表1所示。

表1

拉力测试(Stud Pull Test)

请参考图4，以环氧树脂(图未示出)将一直径为3毫米的铝锭401黏附于所制得的试样基材403上，接着利用由弘达仪器股份有限公司所生产的HT-2402BP拉力测试机来测量试样基材403的附着力。表2所示的测试结果为试样基材403所能承受的可抗拉力(公斤/平方毫米)。

表2

	可抗拉力(公斤/平方毫米)
		本发明试样	＞2.51)
试样1	0.1
		试样2	0.2
试样3	0.178

1)可抗拉力超过2.5公斤/平方毫米时，会造成氧化铝基板破裂，因此无法测得可抗拉力的最佳值。

由表2可看出，本发明基材所能承受的可抗拉力是超过2.5公斤/平方毫米，优于比较试样1至3的测试结果。

综上所述，本发明的具有金属化表面的基材，可提供优良的导电金属层的附着力，且于部分实施态样下亦可减少后续蚀刻工序所花费的时间及成本。

虽然参照附图阐述了本发明实施方式的实施例，但本发明并非局限于该确切的实施例，而是熟悉此项技术者可对本发明进行修改或变更，此类修改或变更皆应包括在申请专利范围所界定的本发明范围内。

Claims

1.一种具有金属化表面的基材，其特征在于，包含：

一含铝陶瓷基板；

一铝层，位于该含铝陶瓷基板上；

一金属层，位于该铝层上；以及

一导电金属层，位于该金属层上；

其中，该金属层是由铝与该导电金属的成分所构成。

2.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该含铝陶瓷基板的材料是选自以下群组：氧化铝、氮化铝、及其组合。

3.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该铝层与该金属层的总厚度为100纳米至300纳米。

4.根据权利要求3所述的基材，其特征在于，该铝层与该金属层的总厚度为120纳米至280纳米。

5.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该铝层的厚度为30纳米至100纳米。

6.根据权利要求5所述的基材，其特征在于，该铝层的厚度为40纳米至90纳米。

7.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该金属层的厚度为70纳米至200纳米。

8.根据权利要求7所述的基材，其特征在于，该金属层的厚度为80纳米至190纳米。

9.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该金属层的铝浓度为10体积％至90体积％。

10.根据权利要求9所述的基材，其特征在于，该金属层的铝浓度为25体积％至45体积％。

11.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该金属层为一单层结构且具有均匀分布或梯度分布的铝浓度。

12.根据权利要求11所述的基材，其特征在于，该金属层具有均匀分布的铝浓度。

13.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该金属层为一多层结构且各该层具有均匀分布或梯度分布的铝浓度。

14.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该导电金属层是由选自以下群组的材料所构成：金、银、铝、铜、前述金属的合金、经少量杂质掺混的前述金属、及其组合。

15.根据权利要求14所述的基材，其特征在于，该导电金属层是由铜所构成。

16.根据权利要求1所述的基材，其特征在于，该导电金属层的厚度为100纳米至300纳米。

17.根据权利要求16所述的基材，其特征在于，该导电金属层的厚度为100纳米至200纳米。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的基材，其特征在于，其是利用溅镀法所制得。

19.根据权利要求1至17中任一项所述的基材，其特征在于，该金属层是利用共溅镀法所形成。

20.根据权利要求1至17中任一项所述的基材，其特征在于，该铝层及该导电金属层是利用溅镀法所形成且该金属层是利用共溅镀法所形成。

21.根据权利要求20所述的基材，其特征在于，该导电金属层是由铜所构成且该金属层是一含铝及铜的金属层。

22.根据权利要求21所述的基材，其特征在于，该基材作为发光二极管的散热基板、高散热电子组件基板、或高散热电路板。

23.根据权利要求22所述的基材，其特征在于，该基材作为发光二极管的散热基板。

24.根据权利要求1至17中任一项所述的基材，其特征在于，该基材作为发光二极管的散热基板、高散热电子组件基板、或高散热电路板。

25.根据权利要求18所述的基材，其特征在于，该基材作为发光二极管的散热基板、高散热电子组件基板、或高散热电路板。

26.根据权利要求19所述的基材，其特征在于，该基材作为发光二极管的散热基板、高散热电子组件基板、或高散热电路板。

27.根据权利要求20所述的基材，其特征在于，该基材作为发光二极管的散热基板、高散热电子组件基板、或高散热电路板。