TW202036817A - 散熱基板及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種散熱基板，包括絕緣層、金屬散熱塊以及圖案化結構層。絕緣層具有第一表面、第二表面以及至少一貫孔。金屬散熱塊從絕緣層的第二表面穿過絕緣層且具有上表面、下表面以及接觸面。接觸面至下表面之間具有第一垂直高度。圖案化結構層包括圖案化線路層以及至少一導電結構層。圖案化線路層配置於絕緣層的第一表面，而導電結構層連接圖案化線路層且延伸覆蓋貫孔的內壁。圖案化線路層具有頂面，而導電結構層具有底面。頂面至第一表面之間具有第二垂直高度，且第一垂直高度為該第二垂直高度的3倍至300倍。

Description

散熱基板及其製作方法
本發明是有關於一種基板結構及其製作方法，且特別是有關於一種散熱基板及其製作方法。
散熱基板主要是由金屬基材以及金屬基材上之多層圖案化導電層與至少一絕緣層所構成，其中絕緣層配置於相鄰之二圖案化導電層之間。一般來說，發熱元件可透過黏著層而固定於散熱基板上，且發熱元件所產生的熱可經由黏著層、圖案化導電層以及絕緣層而傳遞至金屬基材上以進行散熱。然而，由於黏著層與絕緣層的導熱率較差，所以發熱元件所產生的熱經由黏著層、絕緣層而傳遞至金屬基材時，會造成熱阻（thermal resistance）增加，進而導致散熱不易。因此，如何使發熱元件所產生熱能夠更有效率地傳遞至外界，儼然成為設計者在研發上關注的議題之一。
本發明提供一種散熱基板，具有較佳地散熱效果。
本發明還提供一種散熱基板的製作方法，用以製作上述的散熱基板。
本發明的散熱基板，其包括絕緣層、金屬散熱塊以及圖案化結構層。絕緣層具有彼此相對的第一表面與第二表面以及貫穿絕緣層且連接第一表面與第二表面的至少一貫孔。金屬散熱塊從絕緣層的第二表面穿過絕緣層，且具有上表面、下表面以及接觸面。接觸面位於上表面與下表面之間且接觸第二表面，而接觸面至下表面之間具有第一垂直高度。圖案化結構層包括圖案化線路層以及至少一導電結構層。圖案化線路層配置於絕緣層的第一表面，而導電結構層連接圖案化線路層且延伸覆蓋貫孔的內壁。圖案化線路層具有相對遠離導電結構層的頂面，而導電結構層具有相對遠離圖案化線路層的底面。底面切齊於第二表面，而頂面至第一表面之間具有第二垂直高度，且第一垂直高度為第二垂直高度的3倍至300倍。
在本發明的一實施例中，上述的散熱基板更包括種子層，配置於絕緣層的第一表面上，且位於圖案化線路層與絕緣層之間。
在本發明的一實施例中，上述的散熱基板更包括防銲層，配置於絕緣層的第一表面上，且覆蓋部分圖案化線路層。
在本發明的一實施例中，上述的導電結構層填滿貫孔。
在本發明的一實施例中，以剖面觀之，上述的金屬散熱塊的寬度從接觸面往上表面逐漸遞減。
本發明的散熱基板的製作方法，其包括以下步驟。提供已形成有多個凹槽的金屬塊。形成絕緣層於凹槽內，其中絕緣層具有彼此相對的第一表面與第二表面，而第二表面接觸金屬塊，且絕緣層暴露出金屬塊的上表面。形成貫穿金屬塊以及絕緣層的至少一貫孔。形成圖案化結構層於絕緣層的第一表面與貫孔內。圖案化結構層包括圖案化線路層及至少一導電結構層。圖案化線路層配置於絕緣層的第一表面，而導電結構層連接圖案化線路層且延伸覆蓋貫孔的內壁。進行蝕刻程序，以至少移除部分金屬塊，而暴露出絕緣層的第二表面，並形成金屬散熱塊。金屬散熱塊具有上表面、下表面以及接觸面，其中接觸面接觸第二表面且位於上表面與下表面之間，而接觸面至下表面之間具有第一垂直高度。圖案化線路層具有相對遠離導電結構層的頂面，而導電結構層具有相對遠離圖案化線路層的底面。底面切齊於第二表面，而頂面至第一表面之間具有第二垂直高度，且第一垂直高度為第二垂直高度的3倍至300倍。
在本發明的一實施例中，上述於形成絕緣層於凹槽內之後，且於形成貫穿金屬塊以及絕緣層的貫孔之前，更包括：形成種子層於絕緣層的第一表面上。
在本發明的一實施例中，上述形成圖案化結構層的步驟包括以種子層作為導電路徑形成金屬層。金屬層完全覆蓋種子層、金屬塊的上表面以及貫孔，其中金屬層完全填滿貫孔。圖案化部分金屬層，而形成暴露出絕緣層的部分第一表面的圖案化線路層。
在本發明的一實施例中，上述於形成圖案化結構層於絕緣層的第一表面與貫孔內之後，且於進行蝕刻程序之前，更包括：形成防銲層於絕緣層的第一表面上，且覆蓋部分圖案化線路層。
在本發明的一實施例中，上述進行蝕刻程序時，同時移除部分圖案化結構層，而形成至少一通孔。
基於上述，在本發明的散熱基板的設計中，金屬散熱塊的接觸面至下表面具有第一垂直高度，而圖案化線路層的頂面至絕緣層的第一表面具有第二垂直高度，且第一垂直高度為該第二垂直高度的3倍至300倍。藉此設計，可提高散熱基板的散熱效率，而達到快速散熱的效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1I是依照本發明的一實施例的一種散熱基板的製作方法的剖面示意圖。請參照圖1A，提供金屬基材100，其中金屬基材100具有良好的導熱性，例如是厚銅板，但並不以此為限。
接著，請同時參照圖1A與圖1B，對金屬基材100的進行移除程序，而形成具有多個凹槽110的金屬塊102。此處，凹槽110的深度例如是金屬基材100的厚度的一半，而移除程序例如是蝕刻程序，但不以此為限。至此，已完成提供已形成有凹槽110的金屬塊102。
接著，請參照圖1C，形成絕緣材料層120於金屬塊102的凹槽110內，其中絕緣材料層120的材質例如是樹脂、玻纖膠片或聚丙烯(polypropylene，PP)，於此並不加以限制。
如圖1C所示，本實施例在形成絕緣材料層120時，可同時形成種子材料層130於絕緣材料層120上。於一實施例中，種子材料層130可先貼附於絕緣材料層120上，而後絕緣材料層120及其上的種子材料層130可一起貼附於金屬塊102上。此時，由於金屬塊102具有凹槽110，即形成凹凸表面，因此絕緣材料層120及其上的種子材料層130可共形地（conformally）配置於金屬塊102上。此處，種子材料層130的材料例如是銅箔，但不以此為限。
接著，請參照圖1D，進行研磨程序，以移除部分種子材料層130以及部分絕緣材料層120，而形成絕緣層122及其上的種子層132，且暴露出金屬塊102的上表面S3。詳細來說，絕緣層122具有彼此相對的第一表面S1與第二表面S2。種子層132配置於絕緣層122的第一表面S1上，而絕緣層122的第二表面S2接觸金屬塊102。絕緣層122及種子層132暴露出金屬塊102的上表面S3。
接著，請參照圖1E，形成貫穿金屬塊102以及絕緣層122的至少一貫孔T1（示意地繪示二個）。此處，貫孔T1是形成在金屬塊102的凹槽110處，且貫孔T1亦貫穿種子層132。在本實施例中，形成貫孔T1的方法例如是雷射鑽孔或機械鑽孔，但不以此為限。
接著，請參照圖1F，以種子層132作為導電路徑形成金屬層140，其中金屬層140完全覆蓋種子層132、金屬塊102的上表面S3以及貫孔T1。此處，金屬層140的材質例如是銅，但並不以此為限。
接著，請同時參照圖1F與圖1G，圖案化部分金屬層140及其下的種子層132，而形成暴露出絕緣層122的部分第一表面S1的圖案化線路層142。此時，圖案化後的種子層136是位於圖案畫線路層142與絕緣層122的第一表面S1之間，而金屬層140完全填滿貫孔T1，而定義出導電結構層144。至此，已形成圖案化結構層140’於絕緣層122的第一表面S1與貫孔T1內。圖案化結構層140’包括圖案化線路層142及至少一導電結構層144（示意地繪示二個）。圖案化線路層142配置於絕緣層122的第一表面S1，而導電結構層144連接圖案化線路層142且延伸覆蓋貫孔T1的內壁。
之後，請參照圖1H，形成防銲層150於絕緣層122的第一表面S1上，且覆蓋部分圖案化線路層142。
最後，請同時參照圖1H與圖1I，進行蝕刻程序，以至少移除部分金屬塊102，而暴露出絕緣層122的第二表面S2，並形成金屬散熱塊106。此處，金屬散熱塊106具有上表面S3、下表面S4以及接觸面SA。接觸面SA接觸絕緣層122的第二表面S2且位於上表面S3與下表面S4之間。接觸面SA至下表面S4之間具有第一垂直高度H1。圖案化線路層142具有相對遠離導電結構層144的頂面S5，而導電結構層144具有相對遠離圖案化線路層142的底面S6。導電結構層144的底面S6實質上切齊於絕緣層122的第二表面S2，且頂面S5至第一表面S1之間具有第二垂直高度H2。較佳地，第一垂直高度H1為第二垂直高度H2的3倍至300倍。至此，已完成散熱基板10的製作。
在結構上，請再參考圖1I，在本實施例中，散熱基板10包括絕緣層122、金屬散熱塊106以及圖案化結構層140’。絕緣層122具有彼此相對的第一表面S1與第二表面S2以及貫穿絕緣層122且連接第一表面S1與第二表面S2的貫孔T1’。金屬散熱塊106從絕緣層122的第二表面S2穿過絕緣層122，且具有上表面S3、下表面S4以及接觸面SA。接觸面S4位於上表面S3與下表面S4之間且接觸第二表面S2，而接觸面SA至下表面S4之間具有第一垂直高度H1。圖案化結構層140’包括圖案化線路層142以及導電結構層144。圖案化線路層142配置於絕緣層122的第一表面S1，而導電結構層144連接圖案化線路層142且延伸覆蓋貫孔T1’的內壁。圖案化線路層142具有相對遠離導電結構層144的頂面S5，而導電結構層144具有相對遠離圖案化線路層142的底面S6。底面S6切齊於第二表面S2，而頂面S5至第一表面S1之間具有第二垂直高度H2，且第一垂直高度H1為第二垂直高度H2的3倍至300倍。
再者，在本實施例中，散熱基板10可更包括種子層136，其中種子層136配置於絕緣層122的第一表面S1上，且位於圖案化線路層142與絕緣層122之間。此外，本實施例的散熱基板10還可更包括防銲層150，其中防銲層150配置於絕緣層122的第一表面S1上，且覆蓋部分圖案化線路層142。如圖1I所示，本實施例的散熱基板10具體化為單面線路板。導電結構層144填滿貫孔T1’，且以剖面觀之，金屬散熱塊106的寬度從接觸面SA往上表面S3逐漸遞減。
在本實施例的散熱基板10的設計中，金屬散熱塊106的接觸面SA至下表面S4具有第一垂直高度H1，而圖案化線路層142的頂面S5至絕緣層122的第一表面S1具有第二垂直高度H2，且第一垂直高度H1為該第二垂直高度H2的3倍至300倍。也就是說，金屬散熱塊106的厚度大於圖案化結構層140’在絕緣層122的第一表面S1以上的厚度。藉此設計，可提高散熱基板10的散熱效率，進而達到快速散熱的效果。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2是依照本發明另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。請先同時參考圖1I與圖2，本實施例的散熱基板10a與圖1I的散熱基板10相似，兩者的差異在於：本實施例的散熱基板10a在進行蝕刻程序時，同時移除部分圖案化結構層140’，而形成至少一通孔T2（示意地繪示二個）。
圖3是依照本發明又一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。請先同時參考圖2與圖3，本實施例的散熱基板10b與圖2的散熱基板10a相似，兩者的差異在於：本實施例的散熱基板10b在進行蝕刻程序之後，移除部分圖案化結構層140’（請參考圖1I）及部分絕緣層122，而使散熱基板10b的周圍被圖案化結構層140’’包覆。
再者，在本實施例的散熱基板10b的應用上，請同時參考圖3與圖4，可將發熱元件200設置於散熱基板10b，而形成封裝結構20。詳細來說，在本實施例中，發熱元件200可透過導線210而電性連接至圖案化結構層140’’，且發熱元件200所產生的熱可依序且直接透過圖案化結構層140’’及金屬散熱塊106而直接傳遞至外界。也就是說，發熱元件200在散熱基板10b上可具有最短的散熱途徑。再者，由於金屬散熱塊106的厚度大於圖案化結構層140’’在絕緣層122的第一表面S1以上的厚度，因此可提高散熱基板10b的散熱效率，進而達到快速散熱的效果。
再者，散熱基板10b可透過導電膠230與外部電路220電性連接，其中外部電路220例如是主機板，但並不以此為限。此外，本實施例的散熱基板10b亦可設置在散熱塊240上來增加散熱效果。此處，散熱基板10b的金屬散熱塊106與外部電路220直接配置於散熱塊240上，其中外部電路220與金屬散熱塊106之間具有間距G。如圖4所示，此時發熱元件200所產生的熱除了可依序透過圖案化結構層140’’、 金屬散熱塊106及散熱塊240直接傳遞至外界之外，亦可依序透過圖案化結構層140’’、外部電路220以及散熱塊240傳遞至外界，可具有較佳的散熱效果。
綜上所述，在本發明的散熱基板的設計中，金屬散熱塊的接觸面至下表面具有第一垂直高度，而圖案化線路層的頂面至絕緣層的第一表面具有第二垂直高度，且第一垂直高度為該第二垂直高度的3倍至300倍。藉此設計，可提高散熱基板的散熱效率，而達到快速散熱的效果。此外，後續將發熱元件設置於本發明的散熱基板上時，發熱元件所產生的熱可依序透過圖案化線路層及金屬散熱塊而快速地傳遞至外界，可具有較佳的散熱效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、10a、10b:散熱基板 20:封裝結構 100:金屬基材 102:金屬塊 106:金屬散熱塊 110:凹槽 120:絕緣材料層 122:絕緣層 130:種子材料層 132、136:種子層 140:金屬層 140’、140’’:圖案化結構層 142:圖案化線路層 144:導電結構層 150:防銲層 200:發熱元件 210:導線 220:外部電路 230:導電膠 240:散熱塊 G:間距 H1:第一垂直高度 H2:第二垂直高度 S1:第一表面 S2:第二表面 S3:上表面 S4:下表面 S5:頂面 S6:底面 SA:接觸面 T1、T1’:貫孔 T2:通孔
圖1A至圖1I是依照本發明的一實施例的一種散熱基板的製作方法的剖面示意圖。 圖2是依照本發明另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。 圖3是依照本發明又一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。 圖4是將一發熱元件設置於圖3的散熱基板的剖面示意圖。
10:散熱基板
106:金屬散熱塊
122:絕緣層
136:種子層
140’:圖案化結構層
142:圖案化線路層
144:導電結構層
150:防銲層
H1:第一垂直高度
H2:第二垂直高度
S1:第一表面
S2:第二表面
S3:上表面
S4:下表面
S5:頂面
S6:底面
SA:接觸面
T1’:貫孔

Claims (10)

  1. 一種散熱基板，包括： 一絕緣層，具有彼此相對的一第一表面與一第二表面以及貫穿該絕緣層且連接該第一表面與該第二表面的至少一貫孔； 一金屬散熱塊，從該絕緣層的該第二表面穿過該絕緣層，且具有一上表面、一下表面以及一接觸面，其中該接觸面位於該上表面與該下表面之間且接觸該第二表面，而該接觸面至該下表面之間具有一第一垂直高度；以及 一圖案化結構層，包括一圖案化線路層以及至少一導電結構層，該圖案化線路層配置於該絕緣層的該第一表面，而該導電結構層連接該圖案化線路層且延伸覆蓋該貫孔的內壁，該圖案化線路層具有相對遠離該導電結構層的一頂面，而該導電結構層具有相對遠離該圖案化線路層的一底面，其中該底面切齊於該第二表面，而該頂面至該第一表面之間具有一第二垂直高度，且該第一垂直高度為該第二垂直高度的3倍至300倍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，更包括： 一種子層，配置於該絕緣層的該第一表面上，且位於該圖案化線路層與該絕緣層之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，更包括： 一防銲層，配置於該絕緣層的該第一表面上，且覆蓋部分該圖案化線路層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中該導電結構層填滿該貫孔。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中以剖面觀之，該金屬散熱塊的一寬度從該接觸面往該上表面逐漸遞減。
  6. 一種散熱基板的製作方法，包括： 提供一已形成有多個凹槽的金屬塊； 形成一絕緣層於該些凹槽內，該絕緣層具有彼此相對的一第一表面與一第二表面，該第二表面接觸該金屬塊，且該絕緣層暴露出該金屬塊的一上表面； 形成貫穿該金屬塊以及該絕緣層的至少一貫孔； 形成一圖案化結構層於該絕緣層的該第一表面與該貫孔內，該圖案化結構層包括一圖案化線路層及至少一導電結構層，該圖案化線路層配置於該絕緣層的該第一表面，而該導電結構層連接該圖案化線路層且延伸覆蓋該貫孔的內壁；以及 進行一蝕刻程序，以至少移除部分該金屬塊，而暴露出該絕緣層的該第二表面，並形成一金屬散熱塊，該金屬散熱塊具有該上表面、一下表面以及一接觸面，其中該接觸面接觸該第二表面且位於該上表面與該下表面之間，而該接觸面至該下表面之間具有一第一垂直高度，該圖案化線路層具有相對遠離該導電結構層的一頂面，而該導電結構層具有相對遠離該圖案化線路層的一底面，該底面切齊於該第二表面，該頂面至該第一表面之間具有一第二垂直高度，且該第一垂直高度為該第二垂直高度的3倍至300倍。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的散熱基板的製作方法，其中於形成該絕緣層於該些凹槽內之後，且於形成貫穿該金屬塊以及該絕緣層的該貫孔之前，更包括： 形成一種子層於該絕緣層的該第一表面上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的散熱基板的製作方法，其中形成該圖案化結構層的步驟包括： 以該種子層作為導電路徑形成一金屬層，該金屬層完全覆蓋該種子層、該金屬塊的該上表面以及該貫孔，其中該金屬層完全填滿該貫孔；以及 圖案化部分該金屬層，而形成暴露出該絕緣層的部分該第一表面的該圖案化線路層。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的散熱基板的製作方法，其中於形成該圖案化結構層於該絕緣層的該第一表面與該貫孔內之後，且於進行該蝕刻程序之前，更包括： 形成一防銲層於該絕緣層的該第一表面上，且覆蓋部分該圖案化線路層。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的散熱基板的製作方法，其中進行該蝕刻程序時，同時移除部分該圖案化結構層，而形成至少一通孔。
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