201206261 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為一種具金屬散熱層的電路板及其製造方法， 特別是指一種將預設貫穿孔之介電基板形成具實心銅導柱 的散熱電路基板及其製造方法’可廣泛於發光二極體(LED) 散熱電路基板或致冷器散熱電路基板等應用。 【先前技術】 隨著電子產品逐漸往高性能化、高頻化、高速化與輕 薄化的方向發展’在「輕、薄、短、小、多功能」的設計 理念下，各種電子系統相關的主要零件如中央處理器 (CPU) ’晶片組(Chipset)等均朝向高速度、多功能、高功率、 體積小的方向進行研究與發展。因此，擁有如此高密度之 封裝條件下，當然也會使得零組件因電能消耗所產生的熱 量不斷的提高，由於電子元件的穩定度、可靠度及壽命會 隨溫度的升高而衰減甚至損毁，溫度越低故障率越低，所 以良好的散熱技術也成為電子元件性能提升的關鍵。 目前電路板所應用的層面及領域相當廣闊，而現今電 路板為因應高功率及高熱能之電子元件，皆致力尋求在電 路板散熱方面提昇的方案，以提供具高餘鱗的散熱電 路板。 …、 在傳統電路板的運用上，由於所搭载的電子元件數量 少及消耗功率低，耻電子元騎產生的舰大部分都可 藉由金屬銅層傳導蜂，再直接輕射散逸至空氣環境中。 然而現今電路板上所搭载之電子元件功率愈來愈高且數量 增多的情況下，隨著電流量増大，所消耗的電功率増加， 因而產生電能消耗轉換廢熱過高的問題，利用電子元件本 身的導熱雜騎麵排_枝已無法社部分熱能散 出。 由於過熱的工作溫度將會導致電子元件物理特性改 變，使電子7L件無法_敢缸作魏，恐有燒毀及縮 短產品使用壽命之虞。 運用夕層電路板是提雨電子元件和線路密度的良好解 決方案’-般的多層電路板結構與製程，通常是以平面狀 的絕緣介電層基板作為基底，藉由—高溫加轉合製程， 將複數個電路層和黏紐絕緣層設置於基底的單面或雙面 而加以積層化，最後經加卫處理完成多層印刷電路板的製 作。 但為了提S元件和線路密度，也相對衍生出散熱效率 不佳的問題，尤其傳統印刷電路板是顧賴纖維混合樹 脂作為黏著性絕緣層的材料，其散熱係數極低約為036 W/mK g)導熱性質不佳|^導致垂直方向的導熱效果大受限 制，無法有效率地將元件所累積的熱能經由電路板傳導至 空氣環境中’而使得元件的内部溫度過高造成效能降低， 甚至會減少元件的壽命，此情形在裝載高功率電子元件的 多層電路板更為嚴重。 在封裝設計的發展趨勢中，只靠元件的導熱途徑(電極 金屬導線、導通孔)已經無法迅速導出足夠的熱能至空氣環 境中’導致元件溫度過高且熱量不斷累積於元件内部與電 201206261 路板接觸面上，故必須藉由電路板的熱傳導設計來加強散 熱功能，並且能夠導出熱能至整體系統電路板中，因而特 別發展出以樹脂混合氧化紹材料的絕緣導熱膠作為金屬電 路層的黏著層的料’這舰料鱗的餘鎌甚低約 為0.8〜1.3 W/mK ’僅是傳統印刷電路板2〜4倍，故所能 提升的垂直導熱及散熱效率有限，亦相對提高了電路板的 製造成本，並無其他任何大幅度增加垂直熱傳導及載流的 功效，對於電路板要求散熱及載流能力日益升高的情況 下，傳統電路板已有不敷使用的情形，有鑑於此，傳統電 路板結構及製造方法實有創新改良的必要。 【發明内容】 本發明之主要目的，旨在提供一種具金屬散熱層的電 路板及其製造方法，利用電鑄製程將銅金屬沉積於介電基 板的貫穿孔内部形成實心銅導熱柱，體積較傳統介電基板 於鑛通孔所形成的導熱薄壁更加厚實，因此，具有較佳的 熱傳導功效，大巾田知：升介電基板垂直方向的熱傳導及載流 的能力。 為達上揭目的，本發明具金屬散熱層的電路板製造方 法包含以下步驟：選定一預設的介電基板；於介電基板上 進行貫穿孔處理；利用電鑄製程將銅金屬沉積填實於貫穿 孔内部形成一實心銅導熱柱，並增厚介電基板表面形成一 銅金屬增厚層；利用壓膜(抗银刻乾膜）、曝光顯影及蝕刻製 程形成銅金屬增厚層的線路圖案；將銅金屬增厚層上的抗 餘刻乾膜剝除，以及電錢其他抗氧化金屬於銅金屬增厚層 5 201206261 表面形成一金屬防護層。 於一較佳實施例中，上述介電基板於貫穿孔處理之 刖，利用網印燒結製程或濺鍍製程於介電基板表面形成— 薄膜銅金屬層；或上齡電基板於貫穿孔處理之後，利用 滅鑛製程形成-錄/銅金屬鑛通孔以及表面錄/銅金屬層，上 述貫穿孔處理可設為超音波加工、電子束加玉、雷射加工、 油壓沖孔、傳_孔或轉孔細的其卜種加工方法。 上述介電基板可設為陶瓷基板、印刷電路基板、工程 塑膠基板或其他複合材料基板的其+ _種其卜陶究基 板可選自氧化紹、氮化!S、碳化♦、氧化鈹、氧化鋅或氧 化石夕的其巾—種陶竟材料；其巾，印刷電路基板可選自樹 月曰、玻璃纖維/環氧樹脂、聚亞醯胺（p〇lyimide)、聚四氣乙 稀（PTFE)或BT/環氧樹脂的其中一種材料；其中，工程 塑膠基板可選自熱塑性塑膠、熱固性塑膠或複合性塑膠= 其中-種塑膠材料，係採用塑膠成型方法而製成。本發明 • 金屬防顧疋由化學錄層混合化學金層、化學銀層、錫層 或錫口金層的其中一種構成。此外，本發明介電基板表面 的銅金屬增厚層及金胁蘭錢錢面電路基板結構。 本心明另揭露了-種具金屬散熱層的電路板，其結構 包含：-介電基板，具有複數個貫穿基板上、下端的^ 孔；-銅金屬增厚層，佈設於上述介電基板表面形成一钱 刻成型的線路圖案，並且填實上述介電基板的貫穿孔内部 形成-實心銅導熱柱；以及一金屬防護層，佈設於上述已 具有蝕刻線路圖案的銅金屬增厚層表面。 201206261
上述介電基板可設為陶瓷基板、印刷電路基板、工程 2膠基板或其他複合材料基板的其中一種，其中，上述陶 瓷基板可選自氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、氧化鋅 或氧化矽的其中一種陶瓷材料；上述印刷電路基板可選自 樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、聚亞醯胺（p〇lyimide)、聚四氟 乙埽（PTFE)或BT/環氧樹脂的其中一種材料；上述工程 塑膠基板可選自熱塑性塑膠、熱固性塑膠或複合性塑膠的 其中一種塑膠材料，係採用塑膠成型方法而製成。 而上述介電基板與銅金屬增厚層之間進一步設有一鎳/ 鋼金屬層’使上述貫穿孔與銅金屬增厚層之間形成一錄/鋼 金屬鍍通孔’社述貫穿孔設為面積尺寸大於G Glmm2的 圓孔、方孔或其他幾何形狀貫穿孔的其中一種，該貫穿孔 係利用超音波加工、電子束加工、雷射加工、油壓沖孔、 傳統鐵孔或轉孔成型的其巾—種加卫方法所形成。此 外’上述金屬防護層是由化學鎳層混合化學金層、化學銀 層、錫層或錫合金層的其中一種構成。 冬發明的_健上述介電基板進行減個貫穿孔處 理’並利用電難程賴金屬沉積於介電基板上的貫穿孔 内。1%成實’娜導熱柱，此導熱柱相較於傳統基板上鍛 通孔所七成的導熱金屬銅薄壁體積，實屬於較厚的結構， 具有較佳的熱料功效，大幅提升介電基板垂直方向的熱 傳導及載流的能力。 201206261 【實施方式】 茲為便於更進一步對本發明之構造、使用及其特徵有 更深一層明確、詳實的認識與暸解，爰舉出較佳實施例， 配合圖式詳細說明如下： 首先’請參閱第1圖至第2圖所示的第一較佳實施例， 本發明具金屬散熱層的電路板製造方法包含以下步驟： (A)選定一介電基板2〇。 上述介電基板20可設為陶瓷基板、印刷電路基 板、工程塑膠基板或其他複合材料基板的其中一種；其 中，上述陶瓷基板可選自氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氧 化鈹、氧化鋅或氧化石夕的其中一種陶竟材料；上述印刷 電路基板可選自麟、玻魏維/魏_旨、聚亞酿胺 (Polyimide)、聚四氟乙烯（PTFE)或Βτ/環氧樹腊的 其中一種材料；上述工程塑膠基板可選自熱塑性塑膠、 熱固性歸或複合性歸的其中一種塑膠材料，係採用 塑膠成型方法而製成。但此一說明僅用為方便舉例並非 加以限制’此即表示上述介電基板2〇亦可選定為其他 不同的基板材料。 (B)於介電基板20上進行貫穿孔21處理。 上述貫穿孔處理可設為超音波加工、電子束加工、 雷射加工、油屢沖孔、傳統鑽孔或塑膠孔成型的其中一 種加工方法。 (C)利用雜製程於介電基板2〇表面及貫穿孔^孔壁形 成一鎳/鋼金屬鑛通孔22及表面錄/銅金屬層23。 8 201206261 、所謂濺難程是彻電細產生的離子，藉著離子 對被濺鍍物電極_擊，使魏的氣袖具有被鑛物的 原子，然後產生沉積金屬錢膜。 (°)利用電鱗製程將銅金屬沉積填實於上述鎳/銅金屬鍍通 2内邛形成一實心銅導熱柱π，並增厚介電基板μ 的表面形成一銅金屬增厚層24。 所谓電鑄製程是一種電鍍沉積的過程，藉由外界提 鲁 供的電此’使含有金屬離子及其他添加物的混合溶液， 在陰極或陽極表面進行電化學的氧化還原反應將想要 產生的金屬沉積在原型件表面上。 (Ε)利用壓膜(抗侧乾膜)、曝光顯影及触刻製程3〇形成銅 金屬增厚層24的線路圖案。 所謂壓膜製程是在介電基板2〇上欲形成線路圖案 的銅金屬增厚層24表面黏貼—對紫外線反應的聚合性 樹脂的乾膜3l(DiyFilm)，其主要耻聚錢保護銅金 # 屬增厚層24的線路圖案不會被餘刻掉。 曝光顯影製程中的曝光部分，是將線路圖案製成正 版的光罩後’先行定位及平貼於貼好傾31的銅金屬 增厚層24上’再經曝光機進行抽真空、壓板及紫外線 照射而完成。受到紫外線的照射的乾膜31將產生聚合 作用，而乾膜31上受到光罩阻擋無法由紫外線透射的 線路圖案，將無法產生聚合作用。 而曝光顯難程巾的顯影部分，默綱顯影液將 未產生聚合的乾膜31部分去除’而以物理及化學剝除 9 201206261 方式將需魏留的線關麵現出來，以此製程步驟所 構成之線路_ ’具有細直平整之特性。 人所邊職程3〇是以―_驗來進行敍刻，將 "電基板20 S面未具有乾膜31阻擋的銅金屬增厚層 24溶蝕去除。 (F) 將銅金屬增厚層24上的抗侧乾膜31剝除。 (G) 電鑛其他抗氧化金屬於銅金屬增厚I 24表面形成一金 屬防護層25。 上述金屬防護層25是由化學鎳層混合化學金層、 化學銀層、錫層或錫合金層的其中一種構成。 由前揭步驟(A)〜步驟(G)即可產生本發明具有金 屬散熱層的電路板。 5月參閱第1圖至第2圖所示，本發明電路板結構設有 一具有複數個貫穿孔的介電基板2〇，上述貫穿孔21係用以 貫穿介電基板2G的上、下端，並於上述介電基板2〇表面 • 及貫穿孔21孔壁，沉獅成一錄/銅金屬層23及一鎳/銅金 屬鍍通孔22 ;上述鎳/銅金屬層23表面設有一鋼金屬增厚 層24，用以沉積填實於錄/銅金屬鍍通孔22内部形成一實 心銅導熱柱28 ;上述銅金屬增厚層24具有一蝕刻成型的線 路圖案，而對應上述鋼金屬增厚層24的蝕刻線路圖案表面 佈設一金屬防護層25。 上述介電基板20可設為陶瓷基板、印刷電路基板、工 程塑膠基板或其他複合材料基板的其中一種；其中，上述 陶究基板可選自氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、氧化 201206261 鋅或氧化_其卜_紐料；上述_電路基板可選 自樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、聚亞酿胺（p〇lyimide)、聚四 氟乙稀（PTFE)或BT/環氧樹脂的其令一種材料；而上述 工程塑勝基板可選自熱雜_、翻性_或複合性塑 膠的其中-種塑膠材料，係採用塑膠成型方法而製成。而 上述金屬防賴25是由化學_混合化學金層、化學銀 層、錫層或錫合金層的其中一種構成。 於此第-雛實施财，上述貫穿孔^設為面積尺寸 大於_2聰的圓孔、方孔或其他幾何形狀貫穿孔的1中 一種’該貫穿孔2丨係_超音波加卫、電子束加工、雷射 加工、油屋沖孔、傳統鑽孔或塑膠孔成型的其令一種加工 方法所形成。 縣，請參_ 3圖至第4 _畔第三較佳實施例， 本發明具金屬散熱層的電路婦造方法包含以下步驟： (A)選定一介電基板2〇a。 上述”電基板20a可設為陶絲板、印刷電路基 板、工程塑膠基板或其他複合材料基板的其中一種。 ⑼利用網印燒結製程或濺鍍製程形成介電基板挪表面 之薄膜銅金屬層26a。 所謂網印燒結是將粉末材料於印刷沉積成形後加 熱’使結合於底材表面形成薄膜層之過程。 (C)於介電基板20a上進行貫穿孔21a處理。 (〇)利用電鑄製程將銅金屬沉積填實於貫穿孔加内部形 成-實心銅導熱柱挪，並增厚介電基板咖表面形成 201206261 一銅金屬增厚層24a。 (E) 利用壓膜(抗侧乾膜）、曝光顯影及侧製程他形成 銅金屬增厚層24a的線路圖案。 (F) 將銅金屬增厚層24a上的抗餘刻乾膜犯剝除。 ⑼電鑛其他抗氧化金屬於銅金屬增厚層w表面形成一 金屬防護層25a。 上述金屬防護層25a是由化學錄層混合化學金 層、化學銀層、錫層或錫合金層的其中—種構成。 於此第一較佳實施例中，上述電錄製程、壓膜、曝光 顯影以及蚀刻製程30a皆與前述第一較佳實施例相同。同 樣地，上述介電基板2〇a可設為陶絲板、印職路基板、 工程塑膠基板或其他複合材料基板的其中—種亦與前述第 一較佳實施例相同，在此不加以贅述。 而上述貝穿孔21a §5:為面積尺寸大於趟晒2的圓 孔、方孔或其他幾何形狀貫穿孔的其中一種，該貫穿孔犯 • 係利用超音波加工、電子束加工、雷射加工、油壓沖孔、 傳統鑽孔或塑膠孔成型的其中一種加工方法所形成。 此外，第二較佳實施例的製造方法所構成的電路板結 構與第-較佳實施例的電路板結構相同，基於同樣理由這 邊不加以贅述。 再來，請參閱第5 第6騎柏第三雛實施例， 本發明具金屬散熱層的電路板製造方法包含以下步驟： (A)選定=印刷電路基板27，該印刷電路基板27表面已具 有一薄膜鋼金屬層26b。 m 12 201206261 (B)於印刷電路基板27上進行貫穿孔2化處理。 (c)利用電鑄製程將銅金屬沉積填實於貫穿孔21b内部形 成一實心銅導熱柱28b，並增厚印刷電路基板27表面 形成一銅金屬增厚層24b。 (〇)利用壓膜(抗勉刻乾膜）、曝光顯影及蝕刻製程3〇b形成 銅金屬增厚層24b的線路圖案。 (E) 將銅金屬增厚層24b上的抗飯刻乾膜31b剝除。 (F) 電鍍其他抗氧化金屬於銅金屬增厚層24b表面形成一 ^ 金屬防護層25b。 δ月參閱第5圖至第6圖所示，於此一實施例中，本發 明電路板結構設有一具有複數個貫穿孔21b的印刷電路基 板27，上述貫穿孔21b用以貫穿印刷電路基板27表面上、 下端的薄膜銅金屬層26b ’並於印刷電路基板27表面佈設 一銅金屬增厚層24b，用以填實上述貫穿孔21b内部形成一 實心銅導熱柱28b’上述銅金屬增厚層24b具有一蝕刻成型 • 的線路圖案，而對應上述銅金屬增厚層24b的蝕刻線路圖 案表面佈設一金屬防護層25b。其中，上述貫穿孔2ib設為 面積尺寸大於0.012mm的圓孔、方孔或其他幾何形狀貫穿 孔的其中一種。 於此第三較佳實施例中，上述金屬防護層25b同樣是 由化學鎳層混合化學金層、化學銀層、錫層或錫合金層的 其中一種所構成。 由前揭三個製造方法可知，請參閱第7圖所示，本發 明金屬散熱層的電路板製造方法主要包含：選定一預設進 13 201206261 實的介電基板；利用電鑄製程將銅金屬沉積填 2貝穿孔内部形成-實心銅導熱柱，並增厚介電基板表 ΓΤ—銅金屬增厚層；再_顧(抗__、曝光顯 减钱刻製程形成銅金屬增厚層的線路_;將銅金屬增 厚層上的抗_乾賴除；以及電料他抗氧化金屬於銅 增厚層表面形成一金屬防護層。
上述介電基板可設為陶究基板、印刷電路基板、工程 塑縣域其他複合材料基板的其巾—種，上述介電基板 =貫穿孔處理之前，亦可利用網印燒結製程或濺鍍製程於 介電基板麵職__銅金屬層；或介·板於貫穿孔 處理之後’進—步糊濺鍍程序形成-錄/銅金屬鍍通孔以 及表面錄/銅金屬層，其中，上述貫穿孔設為面積尺寸大於 〇.〇12mm的圓孔、方孔或其他幾何形+ _ 種，上述貫穿孔處理係利用超音波加工、電子束加工、雷 射加工油壓沖孔、傳統鑽孔或塑膠孔成型的其中一種加工 方法所形成。 本号X明另可由前揭二個電路板結構得知，本發明具金 屬散熱層的電路板主要包含：一具有複數個貫穿孔的介電 基板，上述貫穿孔用以貫穿介電基板的上、下端；一佈設 於’1電基板表面的銅金屬增厚層，用以填實上述介電基板 的貫穿孔形成實心銅導熱柱，上述銅金屬增厚層具有一蝕 刻成型的線路圖案；以及佈設一金屬防護層於上述已具有 餘刻線路圖案銅金屬增厚層的表面。 其中，上述介電基板可設為陶瓷基板、印刷電路基板、 201206261 工程塑膠基域其他複合材縣板的射—種；i中 刷電路基板可選自樹脂、玻璃纖維/環·m、聚亞酿胺 ⑽yunide)、聚四氟乙烯（pTFE)或抓環氧樹脂的其中 -種材料；其中，卫程_基板可選自熱塑性轉、熱固 性塑膠或複合性_的其中—種娜材料係採用塑膠成 型方法而製成。
又上述介電基板與銅金屬增厚層之間可進一步設有一 鎳/銅金屬>§，使上述貫冑孔與銅金^增厚I之削彡成一錄/ 銅金屬鑛通孔。本發金屬賴層的·板表面佈設之 銅金屬增厚層及金屬防護層係為__雙面電路基板結構。
最後，請參閱第8圖及第9圖所示，分別為本發明應 用=發熱電子元件散熱基板之正她合示意圖及側面組合 不意圖’係糊前述的製造方法於介電基板2Ge表面及貫 穿孔内部形成-實心銅導熱柱28c及具有線路圖案的銅金 屬增厚層24c，並佈設一金屬防護層25C於銅金屬增厚層24c 表面，將發熱電子元件40正面以電極導線41連接以及背 面黏著於上述銅金屬增厚層24c表面，進一步構成一具有 提昇熱傳導及載流能力的金屬散熱電路板，本發明具金屬 散熱層的電路板相較於傳統散熱基板的鍍通孔金屬銅薄壁 的導熱效果而言，更具有較佳的熱傳導功效，有效提升介 電基板垂直方向的熱傳導及載流的能力。 綜上所述，本發明具金屬散熱層的電路板及其製造方 法可將陶瓷基板、印刷電路基板、工程塑膠基板或其他複 合材料基板等不同的介電基板，貫穿為複數個貫穿孔，並 201206261 利用電鑄製程將銅金屬沉積填實於貫穿孔内部形成一實心 銅導熱柱，此金屬銅導熱柱相較於傳統基板上鍍通孔所形 成的導熱金屬銅薄壁體積，實屬於較厚的結構，具有較佳 的熱傳導功效，大幅提升介電基板垂直:ίτ向的熱傳導及载 流的能力。 以上所舉實施例，僅用為方便說明本發明並非加以限 制，在不離本發明精神範轉，熟悉此一行業技藝人士依本 發明申請專利範圍及發明說明所作之各種簡易變形與修 飾，均仍應含括於以下申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 第1圖至第2圖係本發明第一較佳實施例製造流程之 結構示意圖； 第3圖至第4 _本發明第二較佳實施例製造流程之 結構不意圖； 第5圖至第6關本發明第三較佳實施例製造流程之 結構示意圖； 第7圖係本發明具金屬散熱層的電路板製造方法之流 程圖； 第8 ®係本㈣_於發鱗子元件散熱絲之正面 組合示意圖；以及 第9 _本發明_於發絲子树散絲板之側面 組合示意圖。
16 201206261 【主要元件符號說明】 20、 20a、20c——介電基板 21、 21a、21b——貫穿孔 22……鎳/銅金屬鍍通孔 23——鎳/銅金屬層 24、 24a、24b、24c——銅金屬增厚層 25、 25a、25b、25c——金屬防護層 26a、26b------薄膜銅金屬層 27——印刷電路基板 28、28a、28b、28c——實心銅導熱柱 30、 30a、30b------触刻製程 31、 31a、31b-------乾膜 40 ------發熱電子元件 41 ------電極導線
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