CN102447018A - 基板与散热结构的结合改良及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种基板与散热结构的结合改良及其方法，其步骤包括：(a)提供一基板；(b)以真空镀膜法在该基板的顶面及底面分别形成一第一金属层及一第二金属层；(c)将一散热结构透过一结合手段结合于该基板底面的第二金属层。经由本发明的方法所得到的基板与散热结构的结合改良，无论陶瓷基板或是铝基板均可以真空镀膜法将热源的传导介面由高分子胶改为传热性质较佳的金属介面，大幅提升整体热传系数，解决此类基板的不可焊接特性，并藉由热传导性的提升以延长LED晶粒封装的寿命及使用效率。
Description
技术领域
本发明关于一种基板与异质性元件的结合应用，特别是关于一种基板与散热结构的结合改良及其方法。
背景技术
近年来，发光二极管(LED)的应用版图持续地向消费市场扩大，白光照明的应用也随着全球暖化的议题，让LED继背光应用之后持续发烧。然而，随着LED发光源的必然替代趋势，散热问题将正式成为对LED发展与产品渗透率的关键影响；散热不佳会造成几个严重的现象，首先会造成波长的改变，例如从450nm的蓝光变成480nm的蓝绿色，其次会造成亮度降低(LED内部量子转换效率被降低)，甚至最后还会影响产品可靠性(热会降低封装材料寿命)。
在高功率发光二极管(High Power LED)方面，目前为解决高发热量的问题，有使用陶瓷基板、铜基板或铝基板做为散热载板。但其中除了铜基板因具备有金属的焊接性，可以直接使基板与散热鳍片进行焊接来提高散热效率，其余二种载板都具有焊接不易的问题。陶瓷基板由于材料特性问题，传统使用银胶印刷使表面紧密附着一层金属层，方可进行后加工制程。目前市面上以铝基板做为金属基印刷电路板为主要大宗，若要以铝基板做为高功率发光二极管载板时，铝基板的不可焊接特性就变成在提高热传效能时的首要克服要件。此外，其他所有具有焊接不易特性材质的载板，也需要找出可将散热结构直接焊接于载板上的方法。
发明内容
陶瓷、铝材及其他所有具有焊接不易性质的基板，要将基板与散热鳍片或LED晶粒等电子元件以金属介面直接焊接有其操作上的困难度，此部份成了亟待解决的问题。
缘此，本发明的一目的即是提供一种基板与散热结构的结合方法，主要采用真空镀膜法在基板进行表面处理，形成金属薄层后以利后续焊接结合作业。
本发明的另一目的即是提供一种利用上述方法所得的基板与散热结构的结合改良。
本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段为一种基板与散热结构的结合方法，其步骤包括：(a)提供一基板；(b)以真空镀膜法在该基板的顶面及底面分别形成一第一金属层及一第二金属层；(c)将一散热结构透过一结合手段结合于该基板底面的第二金属层。
在本发明的一实施例中，上述方法中的基板为一陶瓷基板。
在本发明的另二实施例中，上述方法中的基板为一铝基板。
经上述方法所得的基板与散热结构的结合改良，在结构上其包括：一基板，具有一顶面及一底面，该基板的顶面以真空镀膜法镀有一第一金属层，该基板的底面以真空镀膜法镀有一第二金属层；一散热结构，透过一结合手段结合于该基板底面的第二金属层。
经由本发明所采用的技术手段，无论是使用陶瓷基板、铝基板(金属材质)或其他所有具有焊接不易性质的基板，均可以真空镀膜法将热源的传导介面由高分子胶系改为传热性质较佳的金属介面，大幅提升整体热传系数，解决此类基板的不可焊接特性，并藉由热传导性的提升以延长LED晶粒封装的寿命及使用效率。
附图说明
图1为本发明基板与散热结构的结合方法第一实施例的流程方块图；
图2A～2F为本发明基板与散热结构的结合方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明基板与散热结构的结合方法第二实施例的流程方块图；
图4A～4F为本发明基板与散热结构的结合方法第二实施例的流程示意图；
图5为本发明基板与散热结构的结合方法第三实施例的流程方块图；
图6A～6F为本发明基板与散热结构的结合方法第三实施例的流程示意图。
主要元件符号说明
基板 1
顶面 101
底面 102
第一金属层121
第二金属层122
电子元件 13
接线 131
焊锡 132
散热结构 14
基板 2
顶面 201
底面 202
第一金属层211
第二金属层212
电路图型 22
电路层 221
绝缘层 222
电子元件 23
接线 231
焊锡 232
散热结构 24
基板 3
顶面 301
底面 302
第一金属层311
第二金属层312
电路图型 32
电路层 321
绝缘层 322
电子元件 33
接线 331
焊锡 332
散热结构34
具体实施方式
实施例1：陶瓷基板
请参阅图1，是显示本实施例的基板与散热结构的结合方法的流程方块图。并可同时配合参阅图2A～图2F，是显示各个步骤的示意图。本实施例的方法包括下列步骤：
提供一基板1(步骤101)。本实施例中的基板1为陶瓷基板，例如可以是氧化铝基板、氮化铝基板、碳化硅基板或氧化铍基板等常用的陶瓷基板(参阅图2A)。
以真空镀膜法在基板1的顶面101及底面102分别形成一第一金属层121及一第二金属层122(步骤102)。此步骤中的真空镀膜法可包括传统真空溅镀、低温真空溅镀、批次式真空溅镀及连续式真空溅镀等，将靶材表面粒子打出并沉积在基板1顶面101及底面102上形成厚度在0.1～0.5μm内的金属薄膜(参阅图2B)。
将基板1的第一金属层121进行图案化处理如曝光显影(步骤103)。此步骤完成后可使第一金属层121蚀刻形成具有特定电路图形的电路层(参阅图2C)。
将基板1的第一金属层121及第二金属层122以电镀法进行增厚(步骤104)。此步骤中可利用化学电镀铜、银等金属材料，使第一金属层121及第二金属层122增厚，以利于后续焊接结合的步骤(参阅图2D)。在此的增厚步骤并非必要条件，可视实际情况及需求而定。若无进行电镀增厚，则第一金属层121及第二金属层122以溅镀形成厚度0.5μm，若欲以电镀增厚则第一金属层121及第二金属层122以溅镀形成厚度约0.1～0.5μm。
将一电子元件13透过一结合手段结合于基板1顶面101的第一金属层121(步骤105)。本步骤中的电子元件13例如可以是LED晶粒，而结合手段例如可以利用焊接方法，将LED晶粒焊接于第一金属层121，以及将其接线131焊接于焊锡132，以电性连接于基板1的第一金属层121(参阅图2E)。
将一散热结构14透过一结合手段结合于基板1底面的第二金属层122(步骤106)。本步骤中的散热结构14例如可以是散热鳍片或其他散热结构，而结合手段同样地可利用焊接方法，将其接合于基板1底面102第二金属层122(参阅图2F)。
经由本实施例方法所得的基板与散热结构的结合改良，在结构上，其包括在基板1(陶瓷基板)的顶面101及底面102分别以真空镀膜法(溅镀)镀有第一金属层121及第二金属层122，并利用焊接法将电子元件13(LED晶粒)结合于基板1顶面101的第一金属层121，以及将散热结构14(散热鳍片)结合于基板1底面102的第二金属层122。
实施例2：铝基板(一)
请参阅图3，是显示本实施例的基板与散热结构的结合方法的流程方块图。并可同时配合参阅图4A～图4F，是显示各个步骤的示意图。本实施例的方法包括下列步骤：
提供一基板2(步骤201)。本实施例中的基板2为铝基板，由于铝的导热系数高、散热好，可以有效的将内部热量导出(参阅图4A)。
以真空镀膜法在基板2的顶面201及底面202分别形成一第一金属层211及一第二金属层212(步骤202)。与第一实施例相同，此步骤中的真空镀膜法可包括传统真空溅镀、低温真空溅镀、批次式真空溅镀及连续式真空溅镀等，将靶材表面粒子打出并沉积在基板2顶面201及底面202上形成厚度在0.1～0.5μm内的金属薄膜，其材质可以是铜或钛等金属材质(参阅图4B)。
将基板2的第一金属层211及第二金属层212以电镀法进行增厚(步骤203)。此步骤中可利用化学电镀铜、银等金属材料，使第一金属层211及第二金属层212增厚，以利于后续焊接结合的步骤(参阅图4C)。此步骤同第一实施例，并非属必要条件，可视实际情况而定。若无进行电镀增厚，则第一金属层211及第二金属层212以溅镀形成厚度0.5μm，若欲以电镀增厚则第一金属层211及第二金属层212以溅镀形成厚度约0.1～0.5μm。
在基板2的第一金属层211上形成一电路图型(步骤204)。此步骤在第一金属层211上所形成的电路图型22，由电路层221及绝缘层222所组成，且其经过图案化处理例如曝光显影，以形成特定的电路图型(参阅图4D)。
将一电子元件23透过一结合手段结合于基板2顶面201的第一金属层221(步骤205)。本步骤中的电子元件23例如可以是本实施例的LED晶粒(或其他IC元件)，而结合手段例如可以利用焊接方法，将LED晶粒焊接于第一金属层211，以及将其接线231焊接于焊锡232，以电性连接于基板2的电路层221(参阅图4E)。
将一散热结构24透过一结合手段结合于基板2底面202的第二金属层212(步骤206)。本步骤中的散热结构24例如可以是散热鳍片或其他散热结构，而结合手段同样地可利用焊接方法，将其接合于基板2底面202第二金属层212(参阅图4F)。
经由本实施例方法所得的基板与散热结构的结合改良，在结构上与前述实施例相似，包括在基板2(铝基板)的顶面201及底面202分别以真空镀膜法(溅镀)镀有第一金属层211及第二金属层212，并可经由图案化处理在基板2上形成特定的电路图型22(包括电路层221及绝缘层222)，并利用焊接法将电子元件23(LED晶粒)结合于基板2顶面201的第一金属层211，以及将散热结构24(散热鳍片)结合于基板2底面202的第二金属层212。
实施例3：铝基板(二)
请参阅图5，是显示本实施例的基板与散热结构的结合方法的流程方块图。并可同时配合参阅图5A～图5F，是显示各个步骤的示意图。由于本实施例为使用铝基板的另一实施例，其实施步骤细节与第二实施例大多相似，相同之处则不再赘述，仅针对重点部份作说明。本实施例的方法包括下列步骤：
提供一基板3(步骤301)。同实施例2，本实施例中的基板3为铝基板(参阅图5A)。
在基板3的顶面301预定位置形成一绝缘层322(步骤302)，参阅图5B。
以真空镀膜法(溅镀)在基板3的顶面301及底面302预定位置局部地形成一第一金属层311及一第二金属层312(步骤303)。其中形成于绝缘层322上的金属薄膜即为电路层321，以构成特定的电路图型32(参阅图5C)。
将基板3的第一金属层311、第二金属层312及电路层321以电镀法进行增厚(步骤304)(参阅图5D)。此步骤同上述实施例，并非属必要条件，可视实际情况而定，其厚度需求与第二实施例相同。
将一电子元件33(LED晶粒)透过一结合手段结合于基板3顶面301的第一金属层311(步骤305)。利用焊接方法，将LED晶粒焊接于第一金属层311，以及将其接线331焊接于焊锡332，以电性连接于基板3的电路层321(参阅图5E)。
将一散热结构34透过一结合手段结合于基板3底面302的第二金属层312(步骤306)。本步骤中的散热结构34例如可以是散热鳍片或其他散热结构，而结合手段同样地可利用焊接方法，将其接合于基板3底面302第二金属层312(参阅图5F)。
另外，本实施例方法中的基板3，也可以是已经布好电路图型32的基板，直接从步骤303开始进行，将第一金属层311局部地形成于预定位置上，而后续焊接LED晶粒及散热鳍片的步骤则与实施例2相似，在此不再赘述。
经由本实施例方法所得的基板与散热结构的结合改良，在结构上与前述实施例相似，包括在基板3(铝基板)的顶面301及底面302分别以真空镀膜法(溅镀)镀有第一金属层311及第二金属层312，并利用焊接法将电子元件33(LED晶粒)结合于基板3顶面301的第一金属层311，以及将散热结构34(散热鳍片)结合于基板3底面302的第二金属层312。
由以上实施例可知，本发明所提供的基板与散热结构的结合改良及其方法确具产业上的利用价值，惟以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技艺者当可依据上述的说明而作其它种种的改良，但这些改变仍属于本发明的精神及权利要求范围中。虽在本发明的第一及第二实施例中分别使用陶瓷基板及铝基板作说明，但并非仅限于此两种基板，本发明所提供的方法亦可应用于其他不可焊接性的基板上。
Claims (28)
1.一种基板与散热结构的结合方法，其步骤包括：
(a)提供一基板；
(b)以真空镀膜法在该基板的顶面及底面分别形成一第一金属层及一第二金属层；
(c)将一散热结构透过一结合手段结合于该基板底面的第二金属层。
2.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(c)还包括将一电子元件透过该结合手段结合于该基板顶面的第一金属层。
3.如权利要求2所述的基板与散热结构的结合方法，其中该电子元件为一LED晶粒或IC元件。
4.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(b)的真空镀膜法为溅镀。
5.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(b)的第一金属层及第二金属层的材质为铜或钛。
6.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(b)的第一金属层为局部地形成于该基板的顶面。
7.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(a)的基板为一已布有电路图型的基板。
8.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(a)的基板为一陶瓷基板。
9.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(a)的基板为一铝基板。
10.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中在步骤(b)之后还包括在该第一金属层上形成一电路图型。
11.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(b)的第一金属层及第二金属层的厚度至少为0.5μm。
12.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中在步骤(b)之后还包括将该基板的第一金属层及第二金属层以电镀法进行增厚使其厚度至少为0.5μm。
13.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(c)的结合手段为一焊接法。
14.如权利要求1所述的基板与散热结构的结合方法，其中步骤(c)的该散热结构为一散热鳍片。
15.一种基板与散热结构的结合改良，包括：
一基板，具有一顶面及一底面，该基板的顶面以真空镀膜法镀有一第一金属层，该基板的底面以真空镀膜法镀有一第二金属层；
一散热结构，透过一结合手段结合于该基板底面的第二金属层。
16.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该基板顶面的第一金属层还包括透过该结合手段结合一电子元件。
17.如权利要求16所述的基板与散热结构的结合改良，其中该电子元件为一LED晶粒或IC元件。
18.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该真空镀膜法为溅镀。
19.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该第一金属层及第二金属层的材质为铜或钛。
20.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该第一金属层为局部地形成于该基板的顶面。
21.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该基板为一已布有电路图型的基板。
22.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该基板为一陶瓷基板。
23.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该基板为一铝基板。
24.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该基板的第一金属层及第二金属层的厚度至少为0.5μm。
25.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该基板的第一金属层及第二金属层还以一电镀法进行增厚使其厚度至少为0.5μm。
26.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该散热结构为一散热鳍片。
27.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该第一金属层为一电路层。
28.如权利要求15所述的基板与散热结构的结合改良，其中该结合手段为一焊接法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120509 |