CN102468250A - 一种热辐射基板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热辐射基板及其制作方法。该热辐射基板包括：覆盖在金属基板上的具有阳极氧化膜的阳极氧化基板；形成于阳极氧化基板的一个表面的电路图形；和形成于阳极氧化基板的另一个表面的金属层。形成于阳极氧化基板的另一个表面的金属层与形成于阳极氧化基板的一个表面的电路图形具有相同的面积，并且该金属层形成于阳极氧化基板的边缘内。金属层是添加的，从而可能最小化基板的翘曲问题。此外，热辐射基板与阳极氧化基板直接接触，因而有可能解决热辐射基板和发热元件的性能退化问题以及改善热辐射基板的性能。

Description

一种热辐射基板及其制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年11月5日提交的、题为“热辐射基板及其制作方法(Heat-Radiating Substrate and Method for Manufacturing the Same)”的韩国专利申请No.10-2010-0109984的优先权，该申请的全部内容引入本申请中以作参考。
技术领域
本发明涉及一种热辐射基板及其制作方法。
背景技术
近年来，随着电子组件广泛地应用于各个领域，高集成度和高容量的组件引起的热生成已造成产品的性能退化。为了解决这个问题，一直致力于研究使用热导率良好的金属材料的高效率的热辐射基板。
以下将描述一种根据现有技术的热辐射基板的结构。
首先，通过使用阳极氧化法使铝的一个表面或整个表面形成一种阳极氧化膜。
然后，在形成于铝的上表面的阳极氧化膜上形成镀层，进一步加工形成电路图形。此后，该电路图形与发热元件电气连接，并且在铝的下表面形成的阳极氧化膜(或者在阳极氧化膜仅在铝的上表面上形成的情况下是铝本身的下表面，)与热辐射板连接，从而从发热元件中产生的热通过铝和热辐射板辐射到外部。因此，在热辐射基板上形成的发热元件可以有效的辐射高热量。因而，发热元件的性能退化的问题可以解决。
然而，根据现有技术的热辐射基板具有电路图形仅在基板的上表面形成的结构。因此，由于作用到热辐射基板上的压力而产生翘曲。此外，由于在铝的下表面形成的阳极氧化膜(或者在阳极氧化膜仅在铝的上表面上形成的情况下是铝本身的下表面)直接与热辐射板接触，在重复加工过程中例如装载，输送(transfer)，外出携带(carrying-out)以及类似情况中，在预先确定的控制环境中可能会发生基板的角落破损现象。因而，热辐射基板或发热元件的性能退化。
发明内容
本发明致力于提供一种热辐射基板以及一种制作该热辐射基板的方法，该热辐射基板具有改善的热辐射基板翘曲现象，改善的性能退化问题例如角落破损现象，以及通过额外的在阳极氧化基板的下表面形成金属层而具有改善的热导率。
根据本发明的一种优选实施方式，提供了一种热辐射基板，该热辐射基板包括：覆盖(form over)在金属基板上的具有阳极氧化膜的阳极氧化基板；形成于所述阳极氧化基板的一个表面的电路图形；和形成于所述阳极氧化基板的另一个表面的金属层。
形成于所述阳极氧化基板的所述另一个表面的所述金属层与形成于所述阳极氧化基板的所述一个表面的电路图形可以具有相同的面积。
所述金属层的厚度可以为10μm-1mm。
所述金属层可以具有其中多根杆(bar)彼此平行排列的形状。
所述金属层可以包括最外金属层，该最外金属层通过将在阳极氧化基板边沿的内部的最外部分的四根杆连接而形成为长方形形状；N个中间金属层，该N个中间金属层形成为位于最外金属层的内部的长方形形状，且具有沿朝向阳极氧化基板的内部中心的方向尺寸缩小的长方形形状；最里金属层，该最里金属层形成于N个中间金属层的最内部分的中间金属层的内部，并且具有多根杆彼此平行排列的形状。
所述金属层可以是螺旋形状。
所述金属层可以仅在阳极氧化基板的所述另一个表面的边沿上形成。
所述金属基板可以由铝制成，和阳极氧化膜可以由氧化铝制成。
所述金属层可以由铜制成。
所述热辐射基板可以进一步包括种子层，所述种子层介于阳极氧化基板的所述一个表面和电路图形之间或介于阳极氧化基板的所述另一个表面和金属层之间。
所述形成于阳极氧化基板的所述一个表面的电路图形可以与发热元件连接，并且，形成于阳极氧化基板的所述另一个表面的金属层可以与热辐射板连接。
根据本发明的一种优选实施方式，提供了一种热辐射基板的制作方法，该方法包括：(A)在金属基板上形成阳极氧化膜以制备阳极氧化基板；(B)在阳极氧化基板的一个表面形成镀层，并且通过镀覆工艺在阳极氧化基板的另一个表面形成金属层；(C)图案化镀层以形成电路图形。
所述热辐射基板的制作方法可以进一步包括：
在步骤(A)后，(A’)使用化学镀工艺或溅射工艺形成种子层。
所述镀层和金属层可以同时形成。
所述热辐射基板的制作方法可以进一步包括，在步骤(B)后，去除金属层的边沿以便金属层仅形成于阳极氧化基板的另一个表面的边沿内。
所述热辐射基板的制作方法可以进一步包括，图案化金属层以便形成于阳极氧化基板的另一个表面的金属层与形成于阳极氧化基板的一个表面的电路图案具有相同的面积。
所述金属基板可以由铝制成，和阳极氧化膜可以由氧化铝制成。
所述金属层可以由铜制成。
附图说明
图1是根据本发明的一种优选实施方式的热辐射基板的横截面示意图；
图2-图8是按顺序显示根据本发明的一种优选实施方式的一种热辐射基板的制作方法的工艺横截面示意图；
图9和图10是显示其中发热元件安装在图1中所示的热辐射基板上的结构的横截面示意图；
图11是显示热导率随金属层(Cu)的厚度的变化图；
图12-图14是图1所示的热辐射基板的仰视图。
具体实施方式
以下结合附图的具体实施方式的描述将使本发明的特点和优势变得显而易见。
在本发明的说明书以及权利要求书中所使用的术语和词语不应当理解为局限于通常的含义和字典定义，而应当理解为基于发明人能适当地定义由术语所暗示的概念，以最好地描述他或她已知的实施本发明的方法的原则，这些术语和词语应该理解为具有与本发明的技术范围相关的意思和概念。
以下结合附图的具体实施方式的描述将使本发明的目的、特点和优势变得显而易见。在说明书中，在附图中所增加的不同组件的参考数字中，必须指出的是，即使参考的组件在不同的图中显示，相同的参考数字表示相同的组件。进而，当确定与本发明相关的熟知领域的详细描述可能会掩盖本发明的精神时，该详细描述将被省略。
下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。
热辐射基板的结构
图1是根据本发明的一种优选实施方式的热辐射基板100的横截面示意图。
如图1所示，根据本发明的一种优选实施方式的热辐射基板100配置成包括：覆盖在金属基板110上的具有阳极氧化膜111的阳极氧化基板112；形成于阳极氧化基板112上的种子层116；形成于第一种子层116a上的电路图形114以及形成于第二种子层116b上的金属层115。
所述金属基板110，其是热辐射基板100的基本构件，其是辐射从发热元件130在空气中产生的热量的构件。因为所述金属基板110由金属制成，由于高的热导率，使其具有优良的热辐射效应。另外，该金属基板110的强度比由普通树脂层制成的基板的强度高，因而抗翘曲能力大。在本说明书里，该金属基板110优选由铝(Al)制成，没有必要地限定，也可以由锰(Mn)，锌(Zn)，钛(Ti)，铪(Hf)，钽(Ta)或铌(Nb)制成。
所述阳极氧化基板112是通过在所述金属基板110上形成阳极氧化膜111而形成的。在本说明书里，所述阳极氧化膜111是在金属基板110上形成的绝缘层，将金属基板与金属基板绝缘，从而，电路图形114和金属基板110不会电气短路。当金属基板110由金属铝(Al)制成时，阳极氧化膜111由通过氧化金属铝而形成的氧化铝(Al2O3)制成。当金属基板110由铝制成以及该阳极氧化膜111由氧化铝制成时，热辐射基板100具有优良的热辐射效应。在本说明书里，阳极氧化膜111的厚度根据需要可以形成为几微米到几百微米的厚度。
所述种子层116是通过化学镀工艺或溅射工艺在阳极氧化膜111上形成的薄的金属层，作为随后在阳极氧化膜111上形成镀层113和金属层115的引线(lead line)。为了使基板在向上和向下方向的结构对称，种子层116以相同的厚度在阳极氧化基板112的一个表面和另一个表面上形成。然而，该种子层可能会根据镀层的镀方法不同而被忽略。
所述电路图形114通过图案化使用湿镀工艺(wet plating process)或干溅射工艺(dry sputtering process)而形成于阳极氧化膜111的一个表面上的镀层113而形成(第一种子层116a在阳极氧化膜111的一个表面上形成)。
在本说明书里，电路图形114与发热元件130、其他的组件或其他的接线是电连接的。
所述金属层115通过使用湿镀工艺或干溅射工艺在阳极氧化膜111的另一个表面上形成(第二种子层116b在阳极氧化膜111的另一个表面上形成)。
在本说明书里，所述金属层115仅在阳极氧化基板112的另一个表面上的边沿内形成，从而阳极氧化基板112的角落部分不直接与热辐射板140接触。
另外，为了尽量减少基板的翘曲现象，所述金属层150，优选地，与电路图形114具有相同的面积。形成于阳极氧化基板112的另一表面的金属层可以被图案化为与电路图形114具有相同的面积，并且可能是与电路图形114具有相同的面积的板状结构。尽管根据本实施方式金属层115被图案化为与电路图形114具有相同的面积，但是，其仅仅是一个增加的以防止基板翘曲和改善热辐射效应的配置，不同于常规的双面阳极氧化基板，因为它不是用来作为电路图形的。
同时，当由于基板的特性而不可能具有相同的面积时，可以调整和选择金属层115的厚度。然而，考虑到基板的薄化(thinning)，金属层115的厚度优选在限定范围10μm-1mm内选择。同时，实验证明当金属层115由铜层制成时，随着铜层厚度的增加，阳极氧化基板的热导率线性增加。例如，在厚度为4mm的铝基板的两个表面上形成厚度为25μm的阳极氧化膜111以制备阳极氧化基板112和在阳极氧化基板112的一个表面的第一种子层116a上形成厚度为200μm的电路图形的情况下，随着在第二种子层116b上形成的铜层厚度增加到400μm，阳极氧化基板112的热导率增加到6％(参考图11)。
另外，为了最大化热导率的效率，该金属层115可以是鳍形(图12)，箱肋形(图13)或螺旋形(图14)，如图12到图14所示。该鳍形表示其中多根杆是从阳极氧化基板112的另一个表面上突出的(参考图12)，并且彼此相互平行排列的形状。也就是说，该鳍形形状意味着其中从阳极氧化基板112的边沿的一边延长至另一边而形成的N根杆被设置为彼此平行排列且按预定间隔隔开的形状。另外，箱肋形被配置成包括通过连接在阳极氧化基板112边沿的内部的最外部分的四根杆而形成的长方形形状的最外金属层115a；N个形成于最外金属层115a的内部的长方形形状的中间金属层115b，沿着朝向阳极氧化基板112的内部中心的方向，该N个中间金属层115b的尺寸缩小；和形成于中间金属层115b的内部，并位于N个中间金属层115b的最内部分，且具有多根杆彼此平行排列的形状的最里金属层115c。也就是说，该箱肋形形状意味着如下结构：其中形成了最外金属层115a、沿从阳极氧化基板112的边沿内的最外部分到阳极氧化基板112的中心的方向具有尺寸逐渐缩小的中间金属层115b，并且在形成于最内部分的中间金属层115b的内部形成了多个杆状最内金属层115c，该多个杆状最内金属层115c与构成形成最内部分的中间金属层115b的四根杆中的任意一根平行排列。另外，螺旋形形状意味着是一个旋涡的形状，其中杆从阳极氧化基板112突出，并形成于阳极氧化基板112的边沿。
同时，该金属基板115可以由铜制成。铜具有相对简单的加工特性，易于实现各种形状，也可以具有适当的强度来抑制阳极氧化基板翘曲现象的产生。例如，在使用铜作为金属层115来制作双面阳极氧化基板112的情况下，当将已有的单面阳极氧化基板的翘曲现象与使用厚度为4mm的铝基板的双面阳极氧化基板112的翘曲现象对比时，可以确认的是，翘曲程度从72μm降低到52μm，即降低28％。
另外，同其他金属相对比，由于铜具有相对优良的热导率和电导率，从而提高了热辐射性能。
另外，因为铜相对便宜，因而使得减少热辐射基板的制作成本成为可能。
同时，所述镀层113和金属层115可以同时形成。
热辐射基板的制作方法
图2-图8是用来解释根据本发明的一种优选实施方式的热辐射基板100的制作方法的横截面示意图。接下来，根据本发明的优选实施方式的热辐射基板100的制作方法将参考图2-图8来描述。
首先，如图2所示，制备金属基板110。
此时，金属基板110被加工成需要制作的厚度和宽度。该金属基板110可以由具有优良热导率的金属制成。例如，该金属基板优选由铝(Al)制成，在此没有必要对铝进行限定，也可以由锰(Mn)，锌(Zn)，钛(Ti)，铪(Hf)，钽(Ta)或铌(Nb)制成。
然后，如图3所示，阳极氧化膜111覆盖在金属基板110上以制作阳极氧化基板112。在本说明书中，所述阳极氧化膜111为绝缘层，将电路图形与金属基板绝缘，从而，电路图形114和金属基板110不会电气短路。
详细描述形成阳极氧化膜的工艺。金属基板110连接到直流电源的正极，并在酸性溶液(电解质溶液)浸泡，从而有可能形成在金属基板110表面配置有阳极氧化膜111的绝缘层。例如，当金属基板110由铝制成时，金属基板110的表面同电解质溶液发生反应，因而在表面形成铝离子(Al3+)。通过在金属基板110上施加电压使电流密度集中于金属基板110的表面从而在原位产生热，所以，由于热有更多的铝离子形成。结果，在金属基板110的表面形成许多槽，氧离子(O2-)通过电场力移动到槽中，同铝离子发生反应，从而有可能形成由氧化铝层制成的阳极氧化膜111。
在本说明书中，因为阳极氧化膜111同其他绝缘元件相比具有优良的热导率，因此尽管阳极氧化膜111覆盖在金属基板110上，但热交换可在金属基板110和热辐射板140之间顺利进行。另外，当金属基板110是由金属铝制成的时候，绝缘层可以通过氧化金属铝形成氧化铝来制成。在这种情况下，热交换率可进一步提高。
因而，如图4所示，种子层116在阳极氧化基板112的一个表面或另一个表面上形成。所述种子层116是使用化学镀工艺或溅射工艺在阳极氧化膜111上形成的薄金属膜。通常来讲，化学镀工艺是被作为实施电镀工艺前的预处理工艺实施的。同时，种子层116可形成适合实施电镀工艺的厚度。与此同时，溅射工艺是溅射金属粒子到目标表面以沉积成由金属制成的薄膜的过程，所述溅射工艺可以形成由如金、银、铜以及类似材料制成的薄膜。
在本说明书中，通过制作上下方向对称的基板以尽可能使翘曲现象最小化，种子层116以相同的厚度在阳极氧化膜的两个表面形成。尽管如此，根据镀层的镀法可以省略形成种子层116的工序。
然后，如图5所示，镀层113和金属层115通过干溅射(或湿镀)工艺在阳极氧化基板112的一个表面或另一个表面(或者在阳极氧化膜111上形成第一种子层116a或者第二种子层116b)上形成。
在本说明书中，对镀层113进行下面将要描述的光敏化、显影和蚀刻工序，然后形成电路图形114(包括垫)。此外，金属层115的边缘可能由于蚀刻而被去除。金属层115可以由具有优良热导率和足够的强度以承受施加到热辐射基板100上的外力的金属优选为铜制成。此外，镀层113和金属层115可以同时形成。
接下来，如图6和图7所示，将抗蚀阻剂120应用到镀层113和金属层115上，并对抗蚀阻剂实施图案化。
首先，对应用到镀层113的抗蚀阻剂120进行预定的处理以图案化成抗蚀阻剂图形120’。具体来说，在将干膜及其类似物应用在镀层和金属层上以形成抗蚀阻剂120后，用紫外光对抗蚀阻剂120在被掩模遮蔽的状态下进行照射。此后，当将显影液应用于抗蚀阻剂120时，通过紫外光照射而固化的部分被保留了；然而，没有固化的部分被去除以形成抗蚀阻剂图形120’。同时，抗蚀阻剂图形120’的形状与之后通过光敏化、显影和蚀刻工艺形成的电路图形140的形状相同。
此外，为了去除在阳极氧化基板112边沿上形成的金属层115，被应用到金属层115上的抗蚀阻剂120进行图案化，从而使金属层115的边沿暴露。此外，对在金属层115上形成的抗蚀阻剂120进行图案化，从而金属层115与电路图形114具有相同的面积，因而形成抗蚀阻剂图形120’。在金属层115上形成抗蚀阻剂图形120’的工艺与形成抗蚀阻剂图形120’以形成电路图形114的工艺是一样的。在此，在镀层113上形成抗蚀阻剂图形120’的工艺与在金属基板115上形成抗蚀阻剂图形120’的工艺可以同时进行。
最后，如图8所示，镀层113和第一种子层116a被蚀刻，并且抗蚀阻剂图形120’被剥离以形成电路图形114。此外，金属层115和第二种子层116b被腐蚀且抗蚀阻剂120’被剥离。
在本说明书里，金属层115的边沿被去除，这样金属层115仅存在于阳极氧化基板112的另一个表面的边沿内。金属层115的面积同电路图形114的相同。该金属层可以被图案化成与电路图形具有相同的面积，也可以为与电路图形具有相同面积的板状结构。例如，金属层可以是鳍形、箱肋形或螺旋形，如图12-图14所示。
根据本发明的优选实施方式的热辐射基板100按如上描述的制作方法制作。
图9和图10为显示发热元件安装到图1所示的热辐射基板上的结构的横截面示意图。
具体地来说，根据本发明的优选实施方式的热辐射基板100的电路图形114与发热元件130相连接，并且金属层115与热辐射板140相连接。在本说明书中，形成于阳极氧化基板112的另一个表面上(或者是在阳极氧化基板112的另一个表面上形成的第二种子层116b)的金属层115直接与热辐射板140接触，从而使解决由于在反复加工过程中如装载、输送、外出携带以及类似的情况，在预先确定的控制环境中产生的阳极氧化基板112的边角破损现象或阳极氧化膜111的破损现象引起的如电力耐电压的降低，泄漏电流的增加，及类似的热辐射基板100性能退化的问题成为可能。
同时，尽管其中阳极氧化膜111覆盖在金属基板110上的热辐射基板100的结构如图1和图8所示，但是当热辐射基板在制作过程中被制作成面板的形式和被切割成各单位基板时，金属基板的一侧或一个角落可能会暴露出来，如图10所示。如图10所示的热辐射基板100的结构也包括在本发明的范围之内。
根据本发明优选的实施方式，金属层是在已有的单面阳极氧化基板的下表面上额外形成的，因而，有可能改善由于压力产生的基板的翘曲问题。
根据本发明的优选实施方式，添加到阳极氧化基板下表面的金属层与热辐射基板直接接触，从而有可能杜绝因在反复加工过程中如装载、输送、外出携带以及类似的情况，在预先确定的控制环境中产生的边角破损现象。因此，有可能解决热辐射基板和发热元件性能退化的问题。
根据本发明的优选实施方式，具有高的导热率的金属层(例如，铜层)是额外形成的，因此可以改善热辐射性能。
虽然为了说明目的公开本发明的优选实施方式，但这些优选实施方式是为了专门解释本发明，因此根据本发明的热辐射基板和热辐射基板的制作方法并不限定于此，但是本领域技术人员应当理解，在不偏离随附的权利要求书中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、补充和替换都是可能的。
因此，这些修改，补充和替代也应理解为属于本发明的范围。

Claims (20)

1.一种热辐射基板，该热辐射基板包括：具有覆盖在金属基板上的阳极氧化膜的阳极氧化基板；形成于所述阳极氧化基板的一个表面的电路图形；形成于所述阳极氧化基板的另一个表面的金属层。
2.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述热辐射基板进一步包括介于所述阳极氧化基板的一个表面和所述电路图形之间或介于所述阳极氧化基板的另一个表面和金属层之间的种子层。
3.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述电路图形通过对形成于所述阳极氧化基板的一个表面上的镀层图案化而形成。
4.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述金属层与所述电路图形具有相同的面积。
5.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述金属层的厚度为10μm-1mm。
6.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述金属层具有其中多根杆彼此平行排列的形状。
7.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述金属层包括：
最外金属层，该最外金属层通过将在阳极氧化基板边沿的内部的最外部分的四根杆连接而形成为长方形形状；
N个中间金属层，该N个中间金属层形成为位于最外金属层的内部的长方形形状，且具有沿朝向阳极氧化基板的内部中心的方向尺寸缩小的长方形形状；
最里金属层，该最里金属层形成于N个中间金属层的最内部分的中间金属层的内部，并且具有多根杆彼此平行排列的形状。
8.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述金属层具有螺旋形状。
9.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述金属层仅在阳极氧化基板的另一个表面的边沿内形成。
10.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述金属基板由铝制成，且阳极氧化膜由氧化铝制成。
11.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述金属层由铜制成。
12.根据权利要求1所述的热辐射基板，其中，所述电路图形与发热元件相连，并且所述金属层与热辐射板相连。
13.一种热辐射基板的制作方法，该方法包括：
(A)在金属基板上覆盖阳极氧化膜，以制作阳极氧化基板；
(B)在阳极氧化基板的一个表面上形成镀层，和在阳极氧化基板的另一个表面形成金属层；
(C)图案化所述镀层以形成电路图形。
14.根据权利要求13所述的制作方法，其中，该方法进一步包括：
在步骤(A)后，(A’)使用化学镀工艺或溅射工艺形成种子层。
15.根据权利要求13所述的制作方法，其中，步骤(B)中，所述镀层和金属层同时形成。
16.根据权利要求13所述的制作方法，其中，该方法进一步包括，在步骤(B)后，去除金属层的边沿以便金属层仅形成于阳极氧化基板的另一个表面的边沿内。
17.根据权利要求13所述的制作方法，其中，该方法进一步包括，在步骤(B)后，图案化所述金属层，以便所述金属层与所述电路图形具有相同的面积。
18.根据权利要求13所述的制作方法，其中，所述金属基板由铝制成，阳极氧化膜由氧化铝制成。
19.根据权利要求13所述的制作方法，其中，所述金属层由铜制成。
20.根据权利要求13所述的制作方法，其中，所述步骤(C)包括：
(C1)在镀层上施用抗蚀阻剂；
(C2)图案化所述抗蚀阻剂，以形成抗蚀阻剂图形；和
(C3)选择性地蚀刻从抗蚀阻剂图形中暴露出来的镀层，以形成电路图形。
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