TWI398956B

TWI398956B - 具有鑽石材料之散熱結構及其製造方法

Info

Publication number: TWI398956B
Application number: TW98107702A
Authority: TW
Inventors: Yen Kang Liu; Yi Tsang Lee; Chien Wei Kao; cheng yi Liu; Po Han Chen
Original assignee: Kinik Co
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-06-11
Also published as: TW201034206A

Description

具有鑽石材料之散熱結構及其製造方法

本發明係關於一種散熱結構及其製造方法，特別是一種具有鑽石材料之散熱結構及其製造方法。

隨著高科技的蓬勃發展，電子元件的體積趨於微小化，而且單位面積上的密集度也愈來愈高，其效能更是不斷增強，在這些因素之下，電子元件的總發熱量則幾乎逐年升高，以中央處理單元為例，目前所開發的中央處理單元之運算效率已可達數十億赫(GHz)，其所產生的高熱已非傳統散熱器所能迅速散除。倘若沒有良好的散熱方式來排除電子元件所產生的熱，這些過高的溫度將導致電子元件產生電子游離與熱應力等現象產生，而造成整體的穩定性降低以及縮短電子元件本身的壽命，因此如何排除這些熱量以避免電子元件的過熱，一直是不容忽視的問題。

然而，未來的半導體構裝將趨向於更高功率及更高密度，相對的，熱能的排散即是開發者未來持續必需面對的問題，而目前電子元件在工作中所發出的高密度能量(high power density)所帶來的高密度熱，就當前的散熱方式，是以銅、鋁來當散熱片(Heat Spreader)的基礎材料，或是更進一步的將熱管(Heat Pipe)埋入基礎材料內，以加快熱擴散的速度，但此種做法所須之成本也相對的提高了許多。且隨著電子元件的進步與改良，單位面積上的密集度也愈來愈高，使得必須讓熱擴散速度也隨之加快，而銅、鋁的導熱係數約為400瓦特/每公尺開爾文(W/mk)及200瓦特/每公尺開爾文(W/mk)，在發熱量不斷升高的電子元件上，已漸漸的不敷使用，且銅與鋁的密度約為8.9公克/每立方公分(g/cm³ )及2.7公克/每立方公分(g/cm³ )，所以當電子元件與銅、鋁所製成之散熱器組合後，散熱器的重量往往會對電子元件產生一應力，長時間下來容易破壞電子元件的結構，而造成電子元件的使用壽命減短或損壞。

由於銅、鋁為基礎材料所製成之散熱器有上述之問題，所以新的散熱材料之研發，便成為非常重要的一環。目前，鑽石為自然界中具有極佳的特性，如深紫外光到遠紅外線的穿透性極佳、最高表面聲波速、最高熱傳導率、最高物理硬度、高輻射抵抗能力、良好化學惰性及優異絕緣性特性等，已被廣泛應用至傳統的切削工具及研磨材料。近來，隨著化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)技術的發展，使得鑽石成為良好的電導體及熱導體，鑽石在室溫下熱傳導係數最高可達2,000瓦特/每公尺開爾文(W/mk)，並以此將鑽石應用擴展至半導體及光電產業的散熱結構上。

傳統的鑽石薄膜如平面晶圓的製作方法，係提供一金屬或非金屬製作之基材，並透過化學氣相沉積(CVD)等程序，將鑽石材料沉積於基材上，進而形成一鑽石晶圓，再將鑽石晶圓與基材分離，就可以製成無基材的鑽石晶圓。然而，傳統的鑽石晶圓製作方法仍有尚待解決的技術課題。主要是不論基材是以熱膨脹係數高的金屬或是熱膨脹係數較低的非金屬製作，其鑽石材料的熱膨脹係數仍然遠小於基材的熱膨脹係數，使得鑽石材料與基材存在著晶格尺寸上的不匹配性，加上鑽石材料的鍍膜程序都是在高溫環境下完成，以熱燈絲化學氣相沉積(HFCVD)為例，其工作溫度高達800～900℃，在完成鍍膜程序後，從製程溫度中降低至常溫的環境下，基材的收縮率會遠大於鑽石晶圓的收縮率，而容易形成鑽石晶圓與基材間的熱應力(thermal stress)，以及鑽石成長過程中產生之內應力(internal stress)，進而導致鑽石晶圓彎曲、變形，嚴重者甚至破損，無論對於任何應用而言無疑會造成極大影響。因此縱使鑽石有很好的特性，到實際應用還有一段距離。

另外，舉例來說，習知技術如美國專利第7339791號，揭露一種微處理器的散熱系統，此散熱系統中包括了一化學氣相沉積(CVD)製成之鑽石散熱片(heat spreader)，此鑽石片的兩面分別接觸微處理器及熱沉(heat sink)材料。在此專利中所揭露的實施例中，鑽石片的厚度為670微米(μm)及750微米(μm)，並以焊料銲接或以金屬合金反應方式將此鑽石散熱片鑲埋在一金屬熱沉中。其缺點在於獨立的鑽石散熱片(厚度為670-750微米)的製作成本非常昂貴，實在不易被一般業界所採用。

另一種習知技術如台灣專利公開第200634490號，揭露一種熱傳導層是以鑽石膜或類鑽碳膜製成，形成於散熱片及熱傳導層間，用以將電子元件所產生的熱迅速散開。此習用技術主張以化學氣相沉積(CVD)將鑽石膜沉積在散熱片上，然而鑽石與銅的熱膨脹係數差異大，當鑽石膜從攝氏600度以上的製成溫度降低至室溫時，鑽石的收縮率會遠小於銅的收縮率，使得鑽石膜容易破裂甚至從銅基板上剝離。

再有一種習知技術如美國專利第6534792號，揭露一種微電子元件結構，此結構包含一基板、一金屬中間層及一微電子元件，其中的基板是由一鑽石與一金屬座所組成。且鑽石可以是獨立的鑽石片或是以鑽石膜沉積在金屬座上。如同前述，由於熱膨脹係數的差異，鑽石膜不易附著於金屬座上。若是以獨立的鑽石片放置於金屬座上，若中間無任何結合材料，二者間的接觸情況勢必不佳，因此在熱傳導時效率將會大打折扣。

又有一種習知技術如日本專利第JP2007189171號，揭露一種鑽石膜的生長製程。係利用矽基板作為支撐鑽石層的支撐材，形成一厚度約為0.5mm的鑽石膜。並在鑽石膜表面進行氬離子(Ar)活化處理。再以電鍍方式形成一金屬膜(如銅膜等材質)，之後對金屬膜進行化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)。並且金屬膜表面與散熱器表面均以氬離子(Ar)活化處理並接合在一起。最後移除大部分矽基板，再一次進行化學機械拋光(CMP)，使其矽膜表面粗糙度小於30nm。最後再將晶片表面和矽膜表面進行氬離子(Ar)活化處理並相互接合。故，此種習知技術需要重複多次的進行氬離子(Ar)活化處理以及化學機械拋光(CMP)等步驟，而導致整體的製造流程繁瑣且相當耗時費工。

另外，上述各習知技術中鑽石膜與金屬層的結合，必須對鑽石膜進行拋光處理至所需的平坦度，以利鑽石膜與金屬層之間的結合，然而鑽石材料具有最高的硬度，故，鑽石膜的拋光製程將會耗費相當多的時間及成本，這些都形成了難以突破的問題點。是以，要如何使鑽石膜與金屬層之間具有良好的結合性，以及避免鑽石膜在降溫的過程中與基材的收縮率不同而造成鑽石膜翹曲甚至於破裂，即為從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

鑑於習知技術的製程中皆以化學氣相沉積方式形成鑽石膜，因此容易產生鑽石膜不易附著、因收縮率的差異而造成鑽石膜翹曲甚至於破裂、或是須對鑽石膜進行拋光處理等問題。鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種具有鑽石材料之散熱結構及其製造方法，依產品需求將基材於鑽石膜上全部或部分移除，可以解決鑽石在實際應用上所面臨的問題。

根據本發明所揭露具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其包括以下的步驟。提供一基材；形成一鑽石膜於基材上，鑽石膜具有相對的第一側面及第二側面，第二側面為鑽石膜成長面；以物理氣相方式沉積一第一金屬層於鑽石膜的第二側面；形成一第二金屬層於第一金屬層上；移除部分的基材，並將基材與至少一電子元件相結合；將具有電子元件的基材以第二金屬層與一散熱鰭片相結合。

根據本發明所揭露具有鑽石材料之散熱結構，其兩相對側係分別與至少一電子元件與一散熱鰭片相互結合。散熱結構包括有一基材、一鑽石膜、一第一金屬層及一第二金屬層。其中鑽石膜形成於基材上，且鑽石膜具有相對的第一側面及第二側面，第一側面係附著於基材上。第一金屬層係設置形成於鑽石膜的第二側面上，第二金屬層係設置於第一金屬層上。如此，即可將移除部分的基材，進而形成具有鑽石材料之散熱結構，並且基材係與電子元件相結合，而第二金屬層則與散熱鰭片相互結合。

根據本發明所揭露另一具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其包括以下的步驟。提供一基材；形成一鑽石膜於基材上，鑽石膜具有相對的第一側面及第二側面，且第一側面係附著於基材上；以物理氣相方式沉積一第一金屬層於鑽石膜的第二側面；形成一第二金屬層於第一金屬層上；移除基材；並於鑽石膜的該第一側面與至少一電子元件相結合，將具有電子元件的鑽石膜以第二金屬層與一散熱鰭片相結合。

根據本發明所揭露另一具有鑽石材料之散熱結構，其兩相對側係分別與至少一電子元件與一散熱鰭片相互結合。散熱結構包括有一鑽石膜、一第一金屬層及一第二金屬層。其中鑽石膜具有相對的第一側面及第二側面，第一側面係與電子元件相結合。第一金屬層係設置於鑽石膜的第二側面上，第二金屬層係設置於第一金屬層上，以形成具有鑽石材料之散熱結構，並且具有電子元件的鑽石膜以第二金屬層與散熱鰭片相結合。

本發明之功效在於，使用時依需求可選擇移除全部或部分基板，若選擇移除全部基板，便以鑽石膜底部(即第一側面)直接與電子元件結合，以降低熱阻，進而提高整體散熱效果；若選擇移除部分基板，則以基板做為與電子元件結合，並將基板設計成可以符合各種電子元件設置需求的結構，例如在基板上設計有凹槽，以供發光二極體置入，或是將基板切割成複數凸塊，以供發熱晶片架橋於凸塊上。

另外，基材具有一拋光面，當鑽石膜形成於基材的拋光面後，使得鑽石膜底面同樣形成一相對應的拋光面，以此簡化習知技術中須對鑽石膜進行拋光處理的製程。並以鑽石膜的拋光面接觸，可減少多餘的熱阻隔，進而提高基材與鑽石膜之間的接觸性，以達到提升散熱效率之目的。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明前述之目的及優點。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

為使對本發明的目的、構造、特徵、及其功能有進一步的瞭解，茲配合實施例詳細說明如下。

請參閱「第1圖」及「第2A圖」至「第2F圖」所示之示意圖，係分別為本發明第一實施例的製作流程示意圖及步驟流程示意圖。

如「第1圖」、「第2A圖」及「第2B圖」所示，係提供一基材(步驟100)，並在基材10表面進行拋光，以形成有一拋光面11。並在拋光面11上沉積有一鑽石材料，以形成一鑽石膜20於基材10上(步驟110)，其中鑽石膜20可以化學氣相沉積(Chemical Vaporized Deposition，CVD)或是物理氣相沉積(Physical Vaporized Deposition，PVD)形成於拋光面11上，此鑽石膜20的厚度小於100微米(μm)。且鑽石膜20的材質包括有單晶鑽石、多晶鑽石或是類鑽碳(DLC)等材料，但並不以此為限。另外，基材10之材料可選用矽(Si)、碳化矽(SiC)、石墨(Grapbite)等材料，但並不以此為限。

此外，上述的物理氣相沉積(PVD)可以是濺鍍(Sputtering)、熱蒸鍍(thermal evaporation)、電子束蒸鍍(e-gun evaporation)等工法。而化學氣相沉積(CVD)可以是熱燈絲裂解法(Hot filament CVD)或微波電漿輔助化學氣相沉積法(Microwave plasma-assisted CVD)等工法，將鑽石材料沉積於基材10的拋光面11上而形成鑽石膜20。

如「第1圖」、「第2B圖」及「第2C圖」所示，鑽石膜20沉積在基材10的拋光面11後，鑽石膜20具有一第一側面21及一第二側面22，並使第一側面21與第二側面22分別設置於鑽石膜20的相對二側，且第一側面21係附著於基材10的拋光面11上，而第二側面22係為一粗糙面或一平整面。以物理氣相方式沉積一第一金屬層30於鑽石膜20上(步驟120)，並使第一金屬層30位於鑽石膜20的第二側面22。且第一金屬層30之材料包括鎳(Ni)、鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、鉻(Cr)或鋁(Al)及其合金。其中，組成第一金屬層30之材料的鍵能強度具有較不易因熱處理製程後而減弱強度的特質以及較強之薄膜貼合強度。且第一金屬層30的厚度小於2,000奈米(nm)，較佳之厚度介於50奈米至100奈米之間。

此外，上述的物理氣相沉積(PVD)可以是濺鍍(Sputtering)、熱蒸鍍(thermal evaporation)、電子束蒸鍍(e-gun evaporation)等工法，將金屬材料沉積於鑽石膜20的第二側面22上而形成第一金屬層30。

如「第1圖」、「第2C圖」及「第2D圖」所示，第一金屬層30沉積在鑽石膜20的第二側面22後，形成一第二金屬層40於第一金屬層30上(步驟130)，由於第一金屬層30的形成可使表面導電，因此可利用製程成本較低的電鍍法來形成第二金屬層40，例如第二金屬層40可以物理氣相沉積(PVD)、電鍍(electroplating)或無電化學鍍(Electroless Deposition)等工法沉積於第一金屬層30之上，並藉由第一金屬層30增強鑽石膜20與第二金屬層40之間的貼合性。第二金屬層40之材料可以是銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、銦(In)、鈦(Ti)、鉻(Cr)或鎳(Ni)等，其厚度小於2微米(μm)。

如「第1圖」及「第2E圖」所示，將基材10反轉並在基材10表面開設有至少一凹槽12(步驟140)，係於基板10上以濕式蝕刻(Wet Etching)或乾式蝕刻(Dry Etching)等方式，將凹槽12形成於基板10上。並使鑽石膜20位於基材10與第一金屬層30之間，而第二金屬層40則位於第一金屬層30的底面。

如「第1圖」及「第2F圖」所示，將至少一電子元件50與基材10的凹槽12相互結合，以及將第二金屬層40與一散熱鰭片60相互結合(步驟150)，即可構成本發明具有鑽石材料之散熱結構。

此外，上述步驟150中，並不限定必須先將電子元件50與基材10結合後，再將散熱鰭片60與第二金屬層40結合；其亦可先將散熱鰭片60與第二金屬層40結合後，再將電子元件50與基材10結合。所以在步驟150中的元件結合並沒有任何的優先順序限制，僅需將電子元件50及散熱鰭片60分別設置於本發明之散熱結構的相對二側面即可。

再者，電子元件50係為發光二極體、雷射二極體或具有熱發散之光電元件，可於凹槽12上可進一步對應設置有一透鏡70(如「第7圖」所示)，即可藉由透鏡70將電子元件50(如發光二極體、雷射二極體等)所產生之光源予以折射擴散或集中。此外，散熱鰭片60結合於第二金屬層40的方式係利用如焊料銲接、膠結、金屬合金反應、物理擴散、散熱膏黏合等方式完成。

故，根據上述第一實施例中的步驟流程，係在基材10的一側面沉積有鑽石膜20，而基材10的另一側面則開設有凹槽12，使得電子元件50可與凹槽12相互結合。因為第一金屬層30是以物理氣相沉積(PVD)方式沉積在鑽石膜20上，使得第一金屬層30以離子或分子狀態附著於鑽石膜20上，進而使鑽石膜20及第一金屬層30二者之間的結合非常緊密。當凹槽12內的電子元件50產生熱源，可藉由鑽石膜20迅速將熱源吸收並透過第一金屬層30及第二金屬層40有效的傳導至散熱鰭片60處進行散熱。

再者，由於鑽石膜20沉積於基材10的拋光面11上，使得鑽石膜20的第一側面21可以反應出拋光面11的狀況。因此，當基材10移除後，鑽石膜20的第一側面21即為一拋光面，不需額外的拋光即可用以與電子元件結合。另外，若鑽石膜20之第二側面22為一粗糙面時，可增加與第一金屬層30之接觸面積，進而增加與第二金屬層40的結合力。而鑽石膜20可藉由其晶格排列之梯度差異，將電子元件50所產生之熱量導向散熱鰭片60，進而提升散熱效率之目的。

請參閱「第3圖」及「第4A圖」至「第4F圖」所示之示意圖，係分別為本發明第二實施例的製作流程示意圖及步驟流程示意圖。

如「第3圖」、「第4A圖」及「第4B圖」所示，係提供一基材10(步驟200)，並在基材10表面進行拋光，以形成有一拋光面11。並在拋光面11上沉積有一鑽石材料，以形成一鑽石膜20於基材10上(步驟210)，其中鑽石膜20係以化學氣相沉積(Chemical Vaporized Deposition，CVD)或是以物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)形成於拋光面11上，此鑽石膜20的厚度小於100微米(μm)。且鑽石膜20的材質包括有單晶鑽石、多晶鑽石或是類鑽碳(DLC)等材料，但並不以此為限。另外，基材10之材料可選用矽(Si)、碳化矽(SiC)、石墨(Graphite)等材料，但並不以此為限。

此外，上述的物理氣相沉積(PVD)係利用如濺鍍(Sputtering)、熱蒸鍍(thermal evaporation)、電子束蒸鍍(e-gunevaporation)等工法。而化學氣相沉積(CVD)可以是熱燈絲裂解法(Hot filament CVD)或微波電漿輔助化學氣相沉積法(Microwave plasma-assisted CVD)等工法，將鑽石材料沉積於基材10的拋光面11上而形成鑽石膜20。

如「第3圖」、「第4B圖」及「第4C圖」所示，鑽石膜20沉積在基材10的拋光面11後，鑽石膜20具有一第一側面21及一第二側面22，並使第一側面21與第二側面22分別設置於鑽石膜20的相對二側，且第一側面21係附著於基材10的拋光面11上，而第二側面22係為一粗糙面或一平整面。以物理氣相方式沉積一第一金屬層30於鑽石膜20(步驟220)，並使第一金屬層30位於鑽石膜20的第二側面22。且第一金屬層30之材料包括鎳(Ni)、鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、鉻(Cr)或鋁(Al)及其合金。其中，組成第一金屬層30之材料的鍵能強度具有較不易因熱處理製程後而減弱強度的特質以及較強之薄膜貼合強度。且第一金屬層30的厚度小於2,000奈米(nm)，較佳之厚度介於50奈米至100奈米之間。

此外，上述的物理氣相沉積(PVD)係利用如濺鍍(Sputtering)、熱蒸鍍(thermal evaporation)、電子束蒸鍍(e-gun evaporation)等工法，將金屬材料沉積於鑽石膜20的第二側面22上而形成該第一金屬層30。

如「第3圖」、「第4C圖」及「第4D圖」所示，第一金屬層30沉積在鑽石膜20的第二側面22後，形成一第二金屬層40於第一金屬層30上(步驟230)，由於第一金屬層30的形成可使表面導電，因此可利用製程成本較低的電鍍法來形成第二金屬層40，例如第二金屬層40可以物理氣相沉積(PVD)、電鍍(electroplating)或無電化學鍍(Electroless Deposition)等工法沉積於第一金屬層30之上，並藉由第一金屬層30增強鑽石膜20與第二金屬層40之間的貼合性。且第二金屬層40之材料包括銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、銦(In)、鈦(Ti)、鉻(Cr)或鎳(Ni)，其厚度小於2微米(μm)。

如「第3圖」及「第4E圖」所示，將基材10反轉並移除部分的基材10而於鑽石膜20上形成有複數凸塊13(步驟240)，而第一金屬層30位於鑽石膜20與第二金屬層40之間。

如「第3圖」及「第4F圖」所示，將一電子元件50與複數凸塊13相互結合，以及將第二金屬層40與一散熱鰭片60相互結合(步驟250)，進而構成本發明具有鑽石材料之散熱結構。

此外，上述步驟250中，並不限定必須先將電子元件50與複數凸塊13結合後，再將散熱鰭片60與第二金屬層40結合；其亦可先將散熱鰭片60與第二金屬層40結合後，再將電子元件50與複數凸塊13結合。所以在步驟150中的元件結合並沒有任何的優先順序限制，僅需將電子元件50及散熱鰭片60分別設置於本發明之散熱結構的相對二側即可。

再者，電子元件50結合於凸塊13的方式係利用如焊料銲接、膠結、金屬合金反應、物理擴散、散熱膏黏合等方式完成。而電子元件50係為發光二極體、中央處理器、雷射二極體、高速半導體元件或具有熱發散之光電元件。

故，根據上述第二實施例中的步驟流程，係在鑽石膜20上移除部分的基材10，使得基材10鑽石膜20上形成有複數凸塊13，使得電子元件50可結合於複數凸塊13上。因為第一金屬層30是以物理氣相沉積(PVD)沉積在鑽石膜20上，使得第一金屬層30以離子或分子狀態附著於鑽石膜20上，進而使鑽石膜20及第一金屬層30二者之間的結合非常緊密。當電子元件50產生熱源時，可藉由鑽石膜20迅速將熱源吸收並透過第一金屬層30及第二金屬層40有效的傳導至散熱鰭片60處進行散熱。

再者，由於鑽石膜20沉積於基材10的拋光面11上，使得鑽石膜20的第一側面21可以反應出拋光面11的狀況。因此，當鑽石膜20成長於拋光面11後，其鑽石膜20的第一側面21即形成一拋光狀態，以此第一側面21與複數凸塊13相互接觸後，可減少多餘的熱阻隔，並提高複數凸塊13與鑽石膜20之間的接觸性。另外，若鑽石膜20之第二側面22為粗糙面時，可增加與第一金屬層30之接觸面積，進而增加與第二金屬層40的結合力。而鑽石膜20可藉由其晶格排列之梯度差異，將電子元件50所產生之熱量導向散熱鰭片60，進而提升散熱效率之目的。

請參閱「第5圖」及「第6A圖」至「第6F圖」所示之示意圖，係分別為本發明第三實施例的製作流程示意圖及步驟流程示意圖。

如「第5圖」、「第6A圖」及「第6B圖」所示，係提供一基材(步驟300)，並在基材10表面進行拋光，以形成有一拋光面11。並在拋光面11上沉積有一鑽石材料，以形成一鑽石膜20於基材10上(步驟310)，其中鑽石膜20係以以化學氣相沉積(Chemical Vaporized Deposition，CVD)或是物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)形成於拋光面11上，此鑽石膜20的厚度小於100微米(μm)。且鑽石膜20的材質包括有單晶鑽石、多晶鑽石或是類鑽碳(DLC)等材料，但並不以此為限。另外，基材10之材料可選用矽(Si)、碳化矽(SiC)、石墨(Graphite)等材料，但並不以此為限。

此外，上述的物理氣相沉積(PVD)係利用如濺鍍(Sputtering)、熱蒸鍍(thermal evaporation)、電子束蒸鍍(e-gun evaporation)等工法。而化學氣相沉積(CVD)可以是熱燈絲裂解法(Hot filament CVD)或微波電漿輔助化學氣相沉積法(Microwave plasma-assisted CVD)等工法，將鑽石材料沉積於基材10的拋光面11上而形成鑽石膜20。

如「第5圖」、「第6B圖」及「第6C圖」所示，鑽石膜20沉積在基材10的拋光面11後，鑽石膜20具有一第一側面21及一第二側面22，並使第一側面21與第二側面22分別設置於鑽石膜20的相對二側，且第一側面21係附著於基材10的拋光面11上，而第二側面22係為一粗糙面或一平整面。以物理氣相方式沉積一第一金屬層30於鑽石膜20的第二側面22上(步驟320)。且第一金屬層30之材料包括鎳(Ni)、鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、鉻(Cr)或鋁(Al)及其合金。其中，組成第一金屬層30之材料的鍵能強度具有較不易因熱處理製程後而減弱強度的特質以及較強之薄膜貼合強度。且第一金屬層30的厚度小於2,000奈米(nm)，較佳之厚度介於50奈米至100奈米之間。

此外，上述的物理氣相沉積(PVD)係利用如濺鍍(Sputtering)、熱蒸鍍(thermal evaporation)、電子束蒸鍍(e-gun evaporation)等工法，將金屬材料沉積於鑽石膜20的第二側面22上而形成第一金屬層30。

如「第5圖」、「第6C圖」及「第6D圖」所示，第一金屬層30沉積在鑽石膜20的第二側面22後，形成一第二金屬層40於第一金屬層30上(步驟330)，由於第一金屬層30的形成可使表面導電，因此可利用製程成本較低的電鍍法來形成第二金屬層40，例如第二金屬層40可以物理氣相沉積(PVD)、電鍍(electroplating)或無電化學鍍(Electroless Deposition)等工法沉積於第一金屬層30之上，並藉由第一金屬層30增強鑽石膜20與第二金屬層40之間的貼合性。且第二金屬層40之材料包括銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、銦(In)、鈦(Ti)、鉻(Cr)或鎳(Ni)，其厚度小於2微米(μm)。

如「第5圖」及「第6E圖」所示，將基材10反轉後，移除全部的基材10(步驟340)，使得鑽石膜20位於第一金屬層30頂面，而第二金屬層40則位於第一金屬層30底面。

如「第5圖」及「第6F圖」所示，將至少一電子元件50與鑽石膜20相互結合，以及將第二金屬層40與一散熱鰭片60相互結合(步驟350)，進而構成本發明具有鑽石材料之散熱結構。

此外，上述步驟350中，並不限定必須先將電子元件50與鑽石膜20結合後，再將散熱鰭片60與第二金屬層40結合；其亦可先將散熱鰭片60與第二金屬層40結合後，再將電子元件50與鑽石膜20結合。所以在步驟350中的元件結合並沒有任何的優先順序限制，僅需將電子元件50及散熱鰭片60分別設置於本發明之散熱結構的相對二側即可。

再者，電子元件50結合於鑽石膜20的第一側面21以及散熱鰭片60結合於第二金屬層40的方式係利用如焊料銲接、膠結、金屬合金反應、物理擴散、散熱膏黏合等方式完成。而電子元件50係為發光二極體、中央處理器、雷射二極體、高速半導體元件或具有熱發散之光電元件。

故，根據上述第三實施例中的步驟流程，係利用基材10的拋光面11沉積有鑽石膜20，使得鑽石膜20的第一側面21可以反應出拋光面11的狀況。因此，當鑽石膜20成長在拋光面11後，其鑽石膜20的第一側面21即形成一拋光狀態，以此第一側面21與電子元件50緊密結合。如此，當鑽石膜20沉積於基材10後，不需再一次對鑽石膜20表面進行平坦化的加工即可應用，進而減少加工程序，以達到降低整體的製作成本之目的。

此外，若鑽石膜20之第二側面22為粗糙面時，可增加與第一金屬層30之接觸面積，進而增加與第二金屬層40的結合力且可提升散熱效率。另外，鑽石膜20可藉由其晶格排列之梯度差異，將電子元件50所產生之熱量導向散熱鰭片60，進而提升散熱效率之目的。

再者，上述各時實施例中，因為鑽石膜20是以物理氣相沉積(PVD)沉積有第一金屬層30，其物理氣相沉積(PVD)均是在室溫下進行，所以不會有習知技術之鑽石膜於熱膨脹後產生收縮率差異過大的問題。

綜上所述，本發明可依使用需求而選擇將基板完全移除或是部分移除；若選擇移除全部基板，便以鑽石膜直接與電子元件結合，進而提高整體散熱效果；若選擇移除部分基板，則以基板與電子元件結合，將基板的結構設計成可以符合各種電子元件設置需求，例如在基板上設計有凹槽，以供發光二極體置入，或是將基板切割成複數凸塊，以供發熱晶片架橋於凸塊上。

另外，鑽石膜形成於基材的拋光面上，使得鑽石膜的底面亦形成相對應的拋光面，基材於鑽石膜上完全移除或部分移除後，即可使鑽石膜所形成的拋光面具有良好的接觸性。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10．．．基材

11．．．拋光面

12．．．凹槽

13．．．凸塊

20．．．鑽石膜

21．．．第一側面

22．．．第二側面

30．．．第一金屬層

40．．．第二金屬層

50．．．電子元件

60．．．散熱鰭片

70．．．透鏡

第1圖係為根據本發明第一實施例之製作流程示意圖；

第2A圖至第2F圖係為根據本發明第一實施例之步驟流程示意圖；

第3圖係為根據本發明第二實施例之製作流程示意圖；

第4A圖至第4F圖係為根據本發明第二實施例之步驟流程示意圖；

第5圖係為根據本發明第三實施例之製作流程示意圖；

第6A圖至第6F圖係為根據本發明第三實施例之步驟流程示意圖；以及

第7圖係為根據本發明第一實施例中設置有透鏡的示意圖。

Claims

一種具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其步驟包括：提供一基材；形成一鑽石膜於該基材上，該鑽石膜具有一第一側面及一第二側面，該第一側面係相對於該第二側面，該第一側面係附著於該基材上；以物理氣相方式沉積一第一金屬層於該鑽石膜的該第二側面上；形成一第二金屬層於該第一金屬層上；移除部分的該基材，且該基材結合有至少一電子元件；以及將具有該電子元件之該基材以該第二金屬層與一散熱鰭片相結合。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該鑽石膜材料係包括單晶鑽石、多晶鑽石或類鑽碳。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該基材材料係包括矽、碳化矽或石墨。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該鑽石膜的該第二側面係為一粗糙面或一平整面。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該第二金屬層材料係選自銅、鋁、金、銀、鈀、銦、鈦、鉻或鎳。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該第一金屬層材料係選自鎳、鈦、金、銀、鉻或鋁及其合金。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中形成該鑽石膜之方法係為物理氣相沉積，該物理氣相沉積包括有濺鍍、熱蒸鍍或電子束蒸鍍。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中形成該鑽石膜之方法係為化學氣相沉積，該化學氣相沉積包括有熱燈絲裂解法或微波電漿輔助化學氣相沉積法。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該鑽石膜的厚度係為100微米以下。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該第一金屬層的厚度係為2,000奈米以下。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中形成該第二金屬層之方法係包括物理氣相沉積、電鍍或無電化學鍍。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中移除部分該基材的之步驟包括在該基材表面開設有至少一凹槽，而該電子元件係為一發光二極體，並將該發光二極體與該凹槽相互結合。
如請求項12所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中更包括有一透鏡，該透鏡設置於該凹槽且與該發光二極體相互對應。
如請求項1所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中移除部分該基材的之步驟包括將該基材部分移除後而在該鑽石膜上形成有複數凸塊，而該電子元件係為一晶片，該晶片與該些凸塊相互結合。
一種具有鑽石材料之散熱結構，該散熱結構之兩相對側係分別與至少一電子元件與一散熱鰭片相互結合，該散熱結構包括有：一基材，係與該電子元件相結合；一鑽石膜，具有一第一側面及一第二側面，該第一側面係相對於該第二側面，該第一側面係附著於該基材上；一第一金屬層，設置於該鑽石膜的該第二側面；以及一第二金屬層，設置於該第一金屬層，該第二金屬層與該散熱鰭片相結合。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該鑽石膜材料係包括單晶鑽石、多晶鑽石或類鑽碳。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該基材材料係包括矽、碳化矽或石墨。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該鑽石膜的該第二側面係為一粗糙面或一平整面。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第二金屬層材料係選自銅、鋁、金、銀、鈀、銦、鈦、鉻或鎳。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第一金屬層材料係選自鎳、鈦、金、銀、鉻或鋁及其合金。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該鑽石膜係以物理氣相沉積與該基材相結合，該物理氣相沉積包括有濺鍍、熱蒸銨或電子束蒸鍍。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該鑽石膜係以化學氣相沉積與該基材相結合，該化學氣相沉積包括有熱燈絲裂解法或微波電漿輔助化學氣相沉積法。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該鑽石膜的厚度係為100微米以下。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第一金屬層的厚度係為2,000奈米以下。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第一金屬層係以物理氣相沉積與該鑽石膜的該第二側面相結合。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第二金屬層係以物理氣相沉積、電鍍或無電化學鍍與該第一金屬層相結合。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該基材更具有至少一凹槽，而該電子元件係為一發光二極體，並將該發光二極體結合於該凹槽。
如請求項27所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中更包括有一透鏡，該透鏡設置於該凹槽且與該發光二極體相互對應。
如請求項15所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該基材於該鑽石膜上具有複數凸塊，而該電子元件係為一晶片，該晶片與該些凸塊相互結合。
一種具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其步驟包括：提供一基材；形成一鑽石膜於該基材上，該鑽石膜具有一第一側面及一第二側面，該第一側面係相對於該第二側面，該第一側面係附著於該基材上；以物理氣相方式沉積一第一金屬層於該鑽石膜的該第二側面上；形成一第二金屬層於該第一金屬層上；完全移除該基材；以及該鑽石膜的該第一側面結合有至少一電子元件，將具有該電子元件之該鑽石膜以該第二金屬層與一散熱鰭片相結合。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該鑽石膜材料係包括單晶鑽石、多晶鑽石或類鑽碳。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該基材材料係包括矽、碳化矽或石墨。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該鑽石膜的該第二側面係為一粗糙面或一平整面。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該第二金屬層材料係選自銅、鋁、金、銀、鈀、銦、鈦、鉻或鎳。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該第一金屬層材料係選自鎳、鈦、金、銀、鉻或鋁及其合金。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中形成該鑽石膜之方法係為物理氣相沉積，該物理氣相沉積包括有濺鍍、熱蒸鍍或電子束蒸鍍。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中形成該鑽石膜之方法係為化學氣相沉積，該化學氣相沉積包括有熱燈絲裂解法或微波電漿輔助化學氣相沉積法。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該鑽石膜的厚度係為100微米以下。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中該第一金屬層的厚度係為2,000奈米以下。
如請求項30所述之具有鑽石材料之散熱結構之製造方法，其中形成該第二金屬層之方法係包括物理氣相沉積、電鍍或無電化學鍍。
一種具有鑽石材料之散熱結構，該散熱結構之兩相對側係分別與至少一電子元件與一散熱鰭片相互結合，該散熱結構包括有：一鑽石膜，具有一第一側面及一第二側面，該第一側面係相對於該第二側面，該第一側面係與該電子元件相結合；一第一金屬層，設置於該鑽石膜的該第二側面；以及一第二金屬層，設置於該第一金屬層，該第二金屬層與該散熱鰭片相結合。
如請求項41所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該鑽石膜材料係包括單晶鑽石、多晶鑽石或類鑽碳。
如請求項41所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該鑽石膜的該第二側面係為一粗糙面或一平整面。
如請求項41所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第二金屬層材料係選自銅、鋁、金、銀、鈀、銦、鈦、鉻或鎳。
如請求項41所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第一金屬層材料係選自鎳、鈦、金、銀、鉻或鋁及其合金。
如請求項41所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該鑽石膜的厚度係為100微米以下。
如請求項41所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第一金屬層的厚度係為2,000奈米以下。
如請求項41所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第一金屬層係以物理氣相沉積與該鑽石膜的該第二側面相結合。
如請求項41所述之具有鑽石材料之散熱結構，其中該第二金屬層係以物理氣相沉積、電鍍或無電化學鍍與該第一金屬層相結合。