TWI387417B - 電路板結構及其製作方法 - Google Patents

Description

電路板結構及其製作方法

本發明是有關於一種電路板結構的製作方法，且特別是有關於提供具散熱效果的電路板結構。

近年來，隨著科技的突飛猛進，電子元件的金屬電路板在散熱上需求也更加提高，例如發光二極體(Light Emitting Diode,LED)。發光二極體經由不斷的研發改善，逐漸地加強其發光的效率，使其發光亮度能夠進一步的提升，藉以擴大並適應於各種產品上之需求。換言之，為了增加發光二極體的亮度，除了藉由解決其外在的封裝問題外，亦需要設計使發光二極體具有較高的電功率及更強之工作電流，以期能生產出具有高亮度的發光二極體。但由於在提高其電功率及工作電流之下，發光二極體將會相對產生較多的熱量，使得其易於因過熱而影響其性能之表現，甚至造成發光二極體之故障。

而目前金屬電路板結構的材料多以鋁材為主，銅材次之，然而銅基板較鋁基板為重，鋁基板的熱傳導係數(thermal conductivity)又只有銅材的一半。為了保有鋁材輕的優勢以及比銅材高的熱傳導係數，在鋁基板摻雜鑽石粉末所得的複合基板便可符合以上所述的兩種優點。

一般來說，為了在此類複合基板的表面鋪設電路的基層，會在複合基板跟電路之間鋪上一層介電層以做為絕 緣，例如是在複合基板表面覆蓋一層厚度僅有1至2um(微米)的介電層，而此介電層例如是類鑽石薄膜(diamond－like carbon film，DLC film)。

然而，此類複合基板的硬度極高，所以表面粗糙度難以加工拋光，故相較一般金屬電路基板的表面粗糙度較高，而複合基板較高的粗糙表面會使得介電層在鍍上之後的絕緣效果變差。例如是中華民國專利M282455所述之電路板結構，其介電層的電性絕緣效果會受金屬原子擴散影響或是金屬複合基板粗糙的影響而降低。而在中華民國專利I258333所提到的散熱器，其介電層主要為用來增加散熱效果，但並未指出提升絕緣效果的方法。

本發明提供一種電路板結構及其製作方法，其可用以增加電路板結構中的介電層的絕緣效果。

本發明提供一種電路板結構，包括複合基板、介電層、以及電路層。複合基板包括摻雜非金屬粉末的金屬基材與金屬緩衝層，其中此金屬緩衝層與金屬基材接觸面的另外相反面為經由拋光處理的表面。介電層位於金屬緩衝層具有拋光處理的表面上，而電路層則位於介電層上。

在本發明之一實施例中，上述之電路板結構更包括阻障層，其位於金屬緩衝層及介電層之間。

本發明另提供一種電路板結構之製作方法，包括下列步驟：首先，提供複合基板，複合基板包括金屬基材及至 少一非金屬粉末，且非金屬粉末摻雜於金屬基材，使得複合基板具有粗糙表面。接著，形成金屬緩衝層於複合基板上，且金屬緩衝層覆蓋粗糙表面。然後，對金屬緩衝層的表面進行拋光處理。之後，形成介電層於金屬緩衝層上。最後，形成電路層於介電層上。

本發明在複合基板的粗糙表面先覆蓋一金屬緩衝層，並對金屬緩衝層的表面做拋光的處理，以有效提升介電層的絕緣效果。此外，在介電層與金屬緩衝層之間形成阻障層可避免金屬緩衝層的金屬擴散到介電層，更可進一步提升介電層的絕緣效果。

為讓本發明之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1為依據本發明第一實施例所繪示的電路板結構。請參照圖1，電路板結構100包括複合基板105、介電層130以及電路層140。複合基板105包括具有摻雜非金屬粉末的金屬基材110及金屬緩衝層120。介電層130位於金屬緩衝層120之上表面，而此金屬緩衝層120面對介電層130的表面為經由拋光處理之表面。而電路層140則是位於介電層130之上表面，也就是金屬基材110、金屬緩衝層120、介電層130與電路層140形成堆疊的結構。

上述金屬基材110的材料例如是鋁，但不在此限。而非金屬粉末為高熱傳導材料，其熱傳導係數高於金屬基材 110的熱傳導係數，以利於提供較佳的散熱特性。在本實施例中，非金屬粉末例如是鑽石粉末。

摻雜非金屬粉末的金屬基材110具有粗糙的表面，所以需要在金屬基材110與介電層130之間配置金屬緩衝層120。而金屬緩衝層120與該金屬基材110接觸的表面的另外相反表面為一經由拋光處理的表面。為使介電層130具有較佳的絕緣效果，可使金屬緩衝層經過該拋光處理後的厚度大於摻雜非金屬粉末的金屬基材110粗造表面的厚度。

承上述，具有摻雜非金屬粉末的金屬基材110的熱傳導係數為500W/m∘K以上。相較於純鋁基板的熱傳導係數為200W/m∘K高出至少一倍半，甚至比以銅基板的熱傳導係數為400W/m∘K還高25%以上。此外，非金屬粉末更可以是奈米碳管(carbon nano tube)或是奈米纖維(carbon nano wire)，或上述非金屬粉末的混合物，但不限於此，所屬領域之通常技藝者更可依其需求將非金屬粉末替換成其它高熱傳導材料。

介電層130亦為高熱傳導材料，以利於提供較佳的散熱特性，介電層130例如為厚度為1至2微米(um)的類鑽石薄膜，但不限於此，所屬領域之通常技藝者更可依其需求將介電層替換成其它高熱傳導材料。

電路層140為耦接到一般電路，例如是發光二極體(Light Emitting Diode,LED)。

圖2為依據本發明另一實施例所繪示的電路板結構， 請參照圖2，電路板結構200包括複合基板205、阻障層225、介電層230以及電路層240。複合基板205包括金屬基材210及金屬緩衝層220。阻障層225位於金屬緩衝層220之上表面，而此金屬緩衝層220面對金屬阻障層225的表面為經由拋光處理之表面。介電層230則是位於阻障層225之上，而電路層240則是位於介電層230之上表面。也就是，金屬基材210、金屬緩衝層220、阻障層225、介電層230與電路層240形成堆疊的結構。

承上述，金屬基材210、金屬緩衝層220、介電層230以及電路層240的材料相同於前述實施例中的金屬基材110、金屬緩衝層120、介電層130以及電路層140，故在此不再贅言。

因為金屬緩衝層220容易產生擴散效應，例如是金屬緩衝層220中的銅金屬會擴散到介電層230，如此一來，便降低了介電層230的絕緣效果。此外，在進行下一道製程之前，金屬緩衝層220的拋光表面容易產生氧化現象，使得介電層230不易貼附於金屬緩衝層220上。

為解決上述問題，會在金屬緩衝層220的表面再鍍上一層阻障層(Diffusion Barrier Layer)225。阻障層225的材料可以是鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)或或上述金屬之合金，然後才在阻障層255表面鋪上介電層230，並接著在介電層230表面鋪上電路層240。由前述可知，介電層230例如為類鑽石薄膜，而類鑽石薄膜的熱傳導係數為450W/m∘K以上，且當阻障層225是鎢(W)的時候，其 熱傳導係數也有160W/m∘K。因此，從介電層230、金屬緩衝層220以及金屬基材210都是高導熱材料，此電路板結構200對散熱極為有效。

再者，本發明另提出一種電路板結構的製作方法，所述製程技術並非本發明所琢磨的重點，且此等技術又屬本發明領域具有通常知識者所熟識，故在此並不再加以贅述之，而以下內容將針對本發明所欲闡述的技術重點來做一詳加描述。且為了要讓本發明領域具有通常知識者能夠了解本實施例之電路板結構的製作方法，以下將列出幾張剖面示意圖給本發明領域具有通常知識者參考。請參照圖3，為依據本發明實施例之電路板結構的製作方法流程圖，而圖4A~4E為依據本發明實施例之電路板結構的製作方法的剖面示意圖。

請先參照圖3，首先，在步驟S310中，提供一複合基板，其中此複合基板包括具有摻雜非金屬粉末的金屬基材與金屬緩衝層。而後，如步驟320，對金屬緩衝層的表面進行拋光處理，使得金屬緩衝層具有光滑的拋光表面。接著進行步驟S330，形成介電層於金屬緩衝層表面上，此介電層例如是厚度為1至2微米(um)的類鑽石薄膜。最後，如步驟340，形成電路層於介電層上。

在另外一選擇實施例中，在步驟S320與S330之間，可以選擇性地形成阻障層於金屬緩衝層之上，使得介電層覆蓋在阻障層之上，換言之，阻障層配置在介電層與金屬緩衝層之間。

而如圖3所述之製作方法流程圖，請參照圖4A~4E，為依據本發明實施例之電路板結構製作方法的剖面示意圖。首先，提供複合基板405，其中複合基板405包括具有摻雜非金屬粉末的金屬基材410與金屬緩衝層420。複合基板405的形成方法如圖4A所示，在金屬基材410的表面先形成金屬緩衝層420。

由先前技術所揭示的內容可知，金屬基材410在摻雜一些非金屬粉末P後的缺點為粗糙度高，且因為所摻雜的非金屬粉末P無法用一般拋光技術將之磨平，故會在金屬基材410留下粗糙表面。若此時直接鋪上介電層430，經由實驗結果可證實介電層430絕緣效果不佳。

接著請參照圖4B，對金屬緩衝層420的表面進行拋光處理，使得金屬緩衝層420具有拋光表面S1。且如前所述，較薄的金屬緩衝層420可以提供較佳的散熱特性，故此拋光表面S1可設定為與複合基板410的粗糙表面的頂端切齊。

其中在進行步驟S330之前，可先選擇性地形成阻障層425於金屬緩衝層420之上，如圖4C所繪示，使得介電層430覆蓋在阻障層425之上，換言之，阻障層425會設置於介電層430與金屬緩衝層420上之間。

之後請參照圖4D，形成介電層430於金屬緩衝層420上，此介電層430例如是厚度為1至2微米(um)的類鑽石薄膜。最後，請參照圖4E，形成電路層440於介電層 430上。至於本實施例所述之電路板結構的製作方法所述的材料細節請參照上述各實施例的說明，在此不加贅述。

整體來看，本發明實施例提出了一種具有加強散熱特性之電路板結構。此電路板結構是採用複合材料作為複合基板，此複合基板的主要組成元素是在金屬基材中摻雜具有高熱傳導係數的高熱傳導材料之非金屬粉末，其形狀例如是顆粒、線材或是纖維，而且非金屬材料之熱傳導係數高於金屬基材之熱傳導係數。然後在此複合基板上面覆蓋一層金屬緩衝層，且覆蓋的厚度必須大於複合基板的表面粗糙度。覆蓋一層金屬緩衝層完後，將此一層金屬緩衝層拋光以改善複合基板的表面粗糙度。然後在這一層金屬緩衝層表面覆蓋一層介電層，待介電層覆蓋完成後才在介電層表面鋪上一層電路層。

綜上所述，本發明解決複合基板表面粗糙度問題，以有效提升介電層的絕緣效果，也提升電路板結構之散熱效能。此外，在介電層與金屬緩衝層之間形成阻障層可避免金屬緩衝層的金屬擴散到介電層，更可進一步提升介電層的絕綠效果。

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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧電路板結構

110、210‧‧‧複合基板

120、220‧‧‧金屬緩衝層

225‧‧‧阻障層

130、230‧‧‧介電層

140、240‧‧‧電路層

S1‧‧‧拋光表面

P‧‧‧非金屬粉末

S310~S350‧‧‧本發明一實施例之電路板結構的製作方法流程圖各步驟

圖1為依據本發明一實施例所繪示的電路板結構。

圖2為依據本發明另一實施例所繪示的電路板結構。

圖3為依據本發明實施例之電路板結構的製作方法流程圖。

圖4A~4E為依據本發明實施例之電路板結構的製作方法的剖面示意圖。

100‧‧‧電路板結構

110‧‧‧複合基板

120‧‧‧金屬緩衝層

130‧‧‧介電層

140‧‧‧電路層

Claims (20)

1. 一種電路板結構，包括：一複合基板，包括具有摻雜非金屬粉末的一金屬基材與一金屬緩衝層，其中該金屬緩衝層與該金屬基材接觸的表面的另外相反表面為一經由拋光處理的表面；一介電層，位於該金屬緩衝層經由該拋光處理的表面上；一阻障層，位於該金屬緩衝層及該介電層之間；以及一電路層，位於該介電層上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該金屬基材之材質是鋁。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該非金屬粉末包括一第一高熱傳導材料，其中該第一高熱傳導材料的熱傳導係數高於該金屬基材的熱傳導係數。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電路板結構，其中該第一高熱傳導材料是鑽石粉末、奈米碳管、奈米纖維或上述非金屬粉末之混合物。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該金屬緩衝層是銅。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該金屬緩衝層經過該拋光處理後的厚度大於摻雜該非金屬粉末的金屬基材粗造表面的厚度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該介電層包括一第二高熱傳導材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電路板結構，其中該第二高熱傳導材料是類鑽石薄膜。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電路板結構，其中該類鑽石薄膜的厚度介於約1微米到2微米之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電路板結構，其中該阻障層是鉭、鎢、鈦或上述金屬之合金。
11. 一種電路板結構之製作方法，包括：提供一複合基板，該複合基板包括包括具有摻雜非金屬粉末的一金屬基材與一金屬緩衝層；對該金屬緩衝層的表面進行拋光處理，以形成一拋光表面；形成一介電層於該金屬緩衝層上；形成一阻障層於該金屬緩衝層之上，其中該阻障層介於該介電層與該金屬緩衝層上之間；以及形成一電路層於該介電層上。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電路板結構之製作方法，其中該金屬基材之材質是鋁。
13. 如申請專利範圍第11項所述之電路板結構之製作方法，其中該非金屬粉末包括一第一高熱傳導材料。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電路板結構之製作方法，其中該第一高熱傳導材料是鑽石粉末、奈米碳管、奈米纖維或上述非金屬粉末之混合物。
15. 如申請專利範圍第11項所述之電路板結構之製作方法，其中該金屬緩衝層是銅。
16. 如申請專利範圍第11項所述之電路板結構之製作方法，其中該介電層包括一第二高熱傳導材料。
17. 如申請專利範圍第16項所述之電路板結構之製作方法，其中該第二高熱傳導材料是類鑽石薄膜。
18. 如申請專利範圍第17項所述之電路板結構之製作方法，其中該類鑽石薄膜的厚度介於約1微米到2微米之間。
19. 如申請專利範圍第11項所述之電路板結構之製作方法，其中該阻障層是鉭、鎢、鈦或上述金屬之合金。
20. 如申請專利範圍第11項所述之電路板結構之製作方法，其中該金屬緩衝層經過該拋光處理後的厚度大於摻雜該非金屬粉末的金屬基材粗造表面的厚度。