CN102683568A - 具散热特性的导热复合基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

以下内容揭露一种具散热特性的导热复合基板及其制造方法。此导热复合基板包括一金属散热基板及一金属钻石复合层。金属钻石复合层，实体地设置于该金属散热基板的一面，用以传导热能至该金属散热基板，其中该金属钻石复合层为至少一种金属所生成的一长成物，该长成物中并散布有多个钻石颗粒。

Description

具散热特性的导热复合基板及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种电子组件，且特别是有关于一种具散热特性的电子组件。

背景技术

电子组件，例如CPU组件或LED组件，在工作时会伴随产生高温，尤其是效率越高的电子组件于工作时所产生的温度越高；然而，电子组件工作至一定的高温时，将会对电子组件造成损坏，使其不堪使用。因此，电子组件与基板之间多半会装设有散热组件，例如导热胶或透明绝缘胶。

举例而言，高功率(High Power)LED组件所产生的高热量若不能具有相符效率的散热设计，不仅会造成LED亮度减弱，也会缩短LED的使用寿命。LED组件现有的封装形式为在固晶(Die Bond)、打线(Wire Bond)之后就直接点胶、封胶(Auto Encapsulate)或压模(Molding)。

传统固晶方式则是利用导热胶或透明绝缘胶的方式将LED组件的晶粒(chip)固着于封装体的基板上；LED组件产生的热能则是通过传导的方式从LED组件内部传至基板，再经由导热胶或透明绝缘胶传递至封装体的基板上。而随着发光功率的提升与使用温度的增加，导热胶或透明绝缘胶已不能负荷如此大量的热传递了，以至于造成组件的光衰与热衰，进而使组件失效。

发明内容

本发明的一目的是在提供一种具散热特性的导热复合基板及其制造方法，用以有效排除高热。

本发明的一方面提出一种具散热特性的导热复合基板。此导热复合基板包括一金属散热基板及一金属钻石复合层。金属钻石复合层，实体地(physically)设置于该金属散热基板的一面，用以传导热能至该金属散热基板，其中该金属钻石复合层为至少一种金属所生成的一长成物，该长成物中并散布有多个钻石颗粒。

如此，金属钻石复合层一方面可将热能直接快速地传递至金属散热基板，另一方面可同步于金属钻石复合层上横向地传递其热能，并均匀地引导热能至金属散热基板的各个区域，以提高金属散热基板进行散热的效率。

本发明的一实施例，此金属钻石复合层中的金属是选自于银、铜、金、镍、铝、锡、铬、钛、铁及其组合所组成的群组。

本发明的另一实施例，钻石颗粒属于单晶结构。

本发明的又一实施例，金属钻石复合层与金属散热基板的面积相同。

本发明的又一实施例，导热复合基板还包括一金属层。金属层实体地设置于金属钻石复合层相对金属散热基板的一面。金属钻石复合层与金属层的面积相同。

本发明的又一实施例，金属散热基板具一凹陷部，金属钻石复合层填满于凹陷部中。

本发明的又一实施例，金属散热基板为一具导电特性的金属实体基板或一具有表面金属镀膜的基板。

本发明的又一实施例，当金属散热基板为一具导电特性的金属实体基板或一具有表面金属镀膜的基板时，长成物为由复合电镀方式所制成的一电镀长成物。

本发明另一方面提出一种导热复合基板的制造方法，包含步骤如下。提供一电镀液及一金属散热基板。添加多个钻石颗粒至电镀液中。对金属散热基板进行一电镀程序，使得金属散热基板的一面上逐渐形成一电镀长成物，其中电镀长成物中并散布有所述多个钻石颗粒。

本发明的另一实施例，电镀程序为一复合电镀方式或一复合无电镀方式。

相较于先前技术，本发明通过金属散热基板上的金属钻石复合层，可有效、迅速及均匀地将金属钻石复合层所接受的热能送至金属散热基板，以便增加其发热单元的使用寿命及强化此发热单元的性能稳定度，进而获得更高的市场竞争力。同时，由于本发明导热复合基板可容许于较高温度环境下进行工作，进而省去加装更多的散热/保护机构，减少成本的增加。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1A是绘示本发明具散热特性的导热复合基板于一实施例下的示意图；

图1B是绘示本发明具散热特性的导热复合基板于此实施例下搭配一发热单元的示意图及其热能移动示意图；

图2是绘示本发明导热复合基板的制造方法的流程图；

图3是绘示本发明具散热特性的导热复合基板的金属钻石复合层的放大示意图；

图4是绘示本发明具散热特性的导热复合基板于此实施例下的另一变形例的示意图；

图5是绘示本发明具散热特性的导热复合基板于此实施例下的又一变形例的示意图；

图6是绘示本发明具散热特性的导热复合基板于此实施例下的再一变形例的示意图。

【主要组件符号说明】

100、101、102、103：导热复合基板

200：金属散热基板

210：第一面

220：第二面

230：凹陷部

300：发热单元

310：粘着层

400、401、402：金属钻石复合层

410：长成物

420：钻石颗粒

500、501：绝缘层

600、601：导电图案

700：金属层

201-203：步骤

具体实施方式

参阅图1A所示，图1A是绘示本发明具散热特性的导热复合基板于一实施例下的示意图。

本发明提出一种具散热特性的导热复合基板100。此导热复合基板100包含一金属散热基板200及一金属钻石复合层400。此金属钻石复合层400实体地设置于金属散热基板200的一面，用以传导热能至金属散热基板200。金属钻石复合层400为至少一种金属自金属散热基板200上所生成的长成物410，此长成物410中散布有多个钻石颗粒420。如此，相较于先前技术的导热胶或透明绝缘胶，本发明的金属钻石复合层400可快速将热能产生的高温传导至金属散热基板200，并通过金属散热基板200进行后续的散热。

本发明的一实施例中，上述金属钻石复合层400具导电性，其长成物410的金属材料可为单一种金属材料，如银、铜、金、镍、铝、锡、铬、钛、铁；其长成物410的金属材料亦可为二种以上的金属材料，如银、铜、金、镍、铝、锡、铬、钛、铁的组合排列下所制成的合金。上述金属钻石复合层400的金属材料较佳可为具高热传导系数的金属材料，例如银(429W/mK)、铜(398W/mK)、金(319W/mK)、镍(89W/mK)、铝(170W/mK)或其组合排列下所制成的合金。

上述的钻石颗粒420(或称钻石粉末)相较于任何其它材料更可快速地带走热能。钻石在室温下的热传导系数(约2000W/mK)较铜(约401W/mK)高了约5倍，较铝(250W/mK)高了约8倍。再者，钻石的热扩散系数(12.7cm²/sec)为铜(1.17cm²/sec)或铝(0.971cm²/sec)的11倍。钻石带走而不会储存热的性质使钻石在散热的用途上成为理想的材料。

本发明的又一实施例中，钻石颗粒420为金刚钻或工业钻(俗称苏联钻)等等。而且钻石颗粒420不限于单晶(single crystal)结构或多晶(multiplecrystal)结构。较佳的例子中，钻石颗粒420属于单晶结构。

本发明的又一实施例中，金属散热基板200可为金属、非金属或半导体基板，需了解的是，具有散热效果的各种金属或半导体材料均被考虑且涵盖于金属散热基板200中，而且不应限制于在此所描述的材料，在本实施例中，金属散热基板200的金属材料包括含有一种金属例如是铝或铜；或两种以上金属的合金，例如是铝或铜的合金或其化合物或其电镀物。金属散热基板200的非金属材料包括任何已知的陶瓷材料，例如是硅化物、氧化物、硼化物、碳化物及其组合。金属散热基板200的半导体材料例如是但不限制于锗或砷化锗或硅。

参阅图1B所示，图1B是绘示本发明具散热特性的导热复合基板于此实施例下搭配一发热单元的示意图及其热能移动示意图。

此导热复合基板100例如用以设置一发热单元300。发热单元300泛指于工作中会伴随高温输出的半导体组件，例如，发光二极管晶粒(LED die)、处理芯片的晶粒。具有发热单元300的导热复合基板100可例如为发光二极管组件(LED)或处理组件(如CPU或GPU)等电子组件。

具体而言，发热单元300通过一粘着层310(例如导热银胶)而设置于金属钻石复合层400背对金属散热基板200的一面。如此，由于发热单元300工作时会产生相当高温的热能，金属钻石复合层400可将这些热能快速地传导至金属散热基板200，并通过金属散热基板200进行后续的散热。

参阅图1A及图2所示，图2是绘示本发明导热复合基板的制造方法的流程图。本发明提供一导热复合基板的制造方法，其步骤大致为：

步骤(201)：准备一电镀液及一金属散热基板。电镀液例如具有上述各金属的电镀液。其电镀液不排除酸性、碱性、或氰化物等配方。金属散热基板例如采用上述的种类。

步骤(202)：添加复数个钻石颗粒420至电镀液中。甚至，较佳实施例中，可于电镀液中均匀搅拌这些钻石颗粒420，使得钻石颗粒420均匀散布于电镀液中。

步骤(203)：对金属散热基板200进行电镀程序，通过“凡得瓦力(vander Waals′forces)1”原理，使得金属散热基板200上逐渐形成一电镀长成物410(例如呈层状、块状)，而且这些钻石颗粒420同时分散附着于此电镀长成物410中/上(如图3所示)，以完成此金属钻石复合层400。

需说明的是，本发明的复合电镀程序采于常温常压，其温度约为摄氏200度(最高不超过摄氏200度)，其压力处于一大气压单位下。

此外，本发明的电镀程序可分为复合电镀方式(Composite Electroplating)或复合无电镀方式(Composite Electroless Plating)。

复合电镀是利用金属电沉积的方法，将一种或数种不溶性的固体颗粒，均匀地被包覆在金属基材中。复合镀要求电镀效率比较高的镀液，通过高沉积速率以利于微粒进入镀层。对复合电镀而言，搅拌尤其重要，不同搅拌方式对金属镀层的性能及质量具有相当程度的影响，而搅拌的目的是要使电镀液内维持最大的有效固体微粒浓度。复合电镀是在金属镀层的基材中加入第二相粒子或纤维。第二相粒子可能是陶瓷粉末(如氧化铝，碳化硅)，石墨，铁氟龙，钻石等。

无电镀方式又称为复合及多元合金无电镀(Electroless Metal Compositesand Polyalloys)、化学镀(chemical plating)或自身催化电镀(autocatalyticplating)，是指于水溶液中的金属离子被在控制的环境下，予以化学还元，而不需电力镀在基材(substrate)上，因此可应用于非导体的材料，如塑料电镀。此外，举例而言，复合无电镀是将钻石(diamond)，陶瓷(ceramics)，碳化铬(ChromiumCarbide)，碳化硅(Silicon Carbide)，氧化铝(Aluminum Oxide)的微粒子在无电镀浴中与金属共同析出(Co-deposit)得到更硬、更耐磨耗或更具润滑性的表面。

金属钻石复合层400可依不同需求提供不同的厚度，其厚度，例如，为0.1um～200um。而且，本发明的金属钻石复合层400中排除具有粘着特质的界面，例如胶材等。

如此，由于金属钻石复合层400采复合电镀，有助大量生产以及大面积生产，造价便宜，相较于他法精济实惠。

此外，除添加钻石粒于电镀液之外，另外的实施例下亦可添加碳化硅(SiC，280W/mK)，如此，例如对金属散热基板200进行复合铜电镀程序时，其长成的铜致密性较差，亦有添加剂以提升填平度，提升致密度，提升导热性。

根据以上的描述，本发明将揭露数个变形例以进一步阐明本案的技术特征。

复请参阅图1B所示，上述实施例的一变形例中，金属散热基板200具有相对的第一面210及第二面220，金属钻石复合层400设于金属散热基板200的第一面210，并且实体地接触金属散热基板200。第二面220可供放置发热单元300。由于发热单元300用以接触金属钻石复合层400的一面具有电性隔绝的处理，使得发热单元300与金属钻石复合层400相互电性隔绝。另外，金属钻石复合层400相对金属散热基板200的一面依序设置有绝缘层500及导电图案600。导电图案600是通过导线(图中未示)电性连接发热单元300。绝缘层500位于导电图案600与金属钻石复合层400之间，当金属散热基板200具导电性时，绝缘层500用以电性隔绝导电图案600与金属钻石复合层400。绝缘层500例如可为聚酰亚胺(PI)、三氧化二铝(AL₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、四氮化三硅(Si₃N₄)、类钻碳(DLC)或二氧化钛(TiO₂)。

此外，本变形例的一选项中，金属钻石复合层400完整地设于金属散热基板200的第一面210，使得金属钻石复合层400与金属散热基板200的第一面210具相同面积。如此，当发热单元300于工作下而产生热能(尤其是高温热能)时，金属钻石复合层400一方面可将发热单元300所产生的热能直接传至金属散热基板200，另一方面可同步于金属钻石复合层400上横向地传递其热能，并均匀地引导热能至金属散热基板200的各个区域，以提高金属散热基板200进行散热的效率。

复请参阅图3及图4所示，图3是绘示本发明具散热特性的导热复合基板的金属钻石复合层的放大示意图。图4是绘示本发明具散热特性的导热复合基板101于此实施例下的另一变形例的示意图。

由于钻石颗粒420均匀地散布于此长成物410中，难免有些许钻石颗粒420浮现于长成物410的表面，有鉴于金属钻石复合层401的表面可能凹凸不平，于上述变形例的基础上所提出的另一变形例中，金属钻石复合层401背对(相对)金属散热基板200的一面铺设有一金属层700。此金属层700的一面实体接触金属钻石复合层401。另面视状况可放置上述的发热单元300。由于发热单元300具有电性隔绝的处理，发热单元300与金属层700电性隔绝。

金属层700的材料可为单一种金属材料，如银、铜、金、镍、铝、锡、铬、钛、铁；亦可为二种以上的金属材料，如银、铜、金、镍、铝、锡、铬、钛、铁的排列下所制成的合金。此实施例中，金属层700的金属材料较佳可为具高热传导系数的金属材料，例如银(429W/mK)、铜(398W/mK)、金(319W/mK)、镍(89W/mK)、铝(170W/mK)或其组合排列下所制成的合金。

参阅图5所示，图5是绘示本发明具散热特性的导热复合基板102于此实施例下的又一变形例的示意图。于上述变形例的基础上所提出的又一变形例中，金属钻石复合层402设置于部分的金属散热基板200上，使得金属钻石复合层402的面积小于金属散热基板200的面积。金属层700铺设于金属钻石复合层402背对(相对)的一面(如图所示)，使得金属钻石复合层402与金属层700(如图所示)具有相同的面积。

另外，金属散热基板200的第一面210依序设置有绝缘层501及导电图案601。导电图案601用以通过导线(图中未示)电性连接发热单元300。绝缘层501位于导电图案601与金属散热基板200之间，当金属散热基板200具导电性时，绝缘层501用以电性隔绝导电图案601与金属散热基板200。绝缘层501例如可为聚酰亚胺(PI)、三氧化二铝(AL₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、四氮化三硅(Si₃N₄)、类钻碳(DLC)或二氧化钛(TiO₂)。

参阅图6所示，图6是绘示本发明具散热特性的导热复合基板103于此实施例下的再一变形例的示意图。于上述变形例的基础上所提出的再一变形例中，金属散热基板200的第一面210上具有一凹陷部230，凹陷部230可填满上述的金属钻石复合层403。凹陷部230中的金属钻石复合层403与金属层700(如图所示)实体接触，可与金属层700具有相同的面积，或不同的面积。

另外，金属散热基板200的第一面210还依序设置有绝缘层501及导电图案601。导电图案601可通过导线(图中未示)电性连接发热单元300。绝缘层501位于导电图案601与金属散热基板200之间，当金属散热基板200具导电性时，绝缘层501用以电性隔绝导电图案601与金属散热基板200。绝缘层501例如可为聚酰亚胺(PI)、三氧化二铝(AL₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、四氮化三硅(Si₃N₄)、类钻碳(DLC)或二氧化钛(TiO₂)。

如此，由于凹陷部230中的金属钻石复合层403具有至少三面分别与金属散热基板200实体接触，金属钻石复合层403不仅可将热能直接传递至金属散热基板200，其两侧面所实体接触的金属散热基板200亦可帮助横向传递发热单元300的高温热能至金属散热基板200，以更提高金属散热基板200进行散热的效率。

综上所述，虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具散热特性的导热复合基板，其特征在于，包含：

一金属散热基板；以及

一金属钻石复合层，实体地设置于该金属散热基板的一面，用以传导热能至该金属散热基板，其中该金属钻石复合层为至少一种金属所生成的一长成物，该长成物中并散布有多个钻石颗粒。

2.根据权利要求1所述的具散热特性的导热复合基板，其特征在于，所述至少一种金属是选自于银、铜、金、镍、铝、锡、铬、钛、铁及其组合所组成的群组。

3.根据权利要求1所述的具散热特性的导热复合基板，其特征在于，该金属钻石复合层与该金属散热基板的面积相同。

4.根据权利要求1所述的具散热特性的导热复合基板，其特征在于，还包括：

一金属层，实体地设置于该金属钻石复合层相对该金属散热基板的一面。

5.根据权利要求4所述的具散热特性的导热复合基板，其特征在于，该金属钻石复合层与该金属层的面积相同。

6.根据权利要求1所述的具散热特性的导热复合基板，其特征在于，该金属散热基板具一凹陷部，该金属钻石复合层填满于该凹陷部中。

7.根据权利要求1所述的具散热特性的导热复合基板，其特征在于，该金属散热基板为一具导电特性的金属实体基板或一具有表面金属镀膜的基板。

8.根据权利要求7所述的具散热特性的导热复合基板，其特征在于，该长成物为由复合电镀方式或复合无电镀方式所制成的一电镀长成物。

9.一种导热复合基板的制造方法，其特征在于，包含：

提供一电镀液及一金属散热基板；

添加多个钻石颗粒至该电镀液中；以及

对该金属散热基板进行一电镀程序，使得该金属散热基板的一面上逐渐形成一电镀长成物，其中该电镀长成物中并散布有所述多个钻石颗粒。

10.根据权利要求9所述的导热复合基板的制造方法，其特征在于，该电镀程序为一复合电镀方式或一复合无电镀方式。

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