TWI406603B - High thermal conductivity substrate process - Google Patents

Description

高導熱基板製程

本發明係提供一種高導熱基板製程，尤指金屬導電基材為利用金屬片上貼附有高導熱、耐高溫之絕緣膠，並以露光顯影/蝕刻或衝模方式成形所要面積及線路部份，再透過絕緣膠與散熱基板黏合後成形為擋牆之高導熱基板製程。

按，隨著科技發展的突飛猛進以及人類對更高生活品質的追求，所以對於許多產品應用特性趨向極為嚴格的要求，造成新開發材料的使用成為必要手段，而現今積體電路封裝製程受到追求傳輸效率更佳，以及體積小型化之影響(如行動電話、筆記型電腦之電子元件)，因此業界對這方面投入了相當可觀之研究經費，而經過多年研究後，便發明出一種以陶瓷材質所製成之陶瓷基板，而陶瓷基板具有優良絕緣性、化學安定性、電磁特性、高硬度、耐磨耗及耐高溫等特性，所以陶瓷基板可達成之功效遠比傳統基板更好，以致使陶瓷基板在目前被應用之頻率上也就越來越高。

再者，由於陶瓷基板為具備有良好熱傳導之優勢，且因現今被大力所推廣的發光二極體(LED)在使用上卻具有產生高熱之問題，然而最常解決高熱的方式是利用散熱鰭片將熱導出、發散，是以，若是利用陶瓷基板作為發光二極體的電路基板即可提高熱傳導效率，因此製造廠商便紛紛針對 此部份技術來進行研發，但因發光二極體結構上需具有光杯限制其晶片所發出光源照射方向，才可避免光源散射使照度提高，此外，若是在陶瓷基板製程中直接將光杯成型，便可減少其製程、模具費用，所以製造廠商便利用陶瓷材料作為光杯的使用原料來達到此一目的。

一般陶瓷基板的原料大致上分為三種，主要為由氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al₂ O₃ )及低溫共燒陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics；LTCC)製成，其氮化鋁(AlN)材質在進行燒結時為利用真空爐，而氧化鋁(Al₂ O₃ )及低溫共燒陶瓷(Low TemperatureCofired Ceramics；LTCC)則是利用一般燒結爐，由於陶瓷基板在進行光杯的燒結時，陶瓷基板表面上之電路已經成型，而一般燒結爐中的氧氣會使電路產生氧化現象，導致後續製程中進行焊接或電鍍時，便會產生已鍍上金屬層剝落或焊接不沾之問題，讓產品成為瑕疵品或廢品，而使製造廠商在製作光杯上便會受到原料限制，且若使用不同的製程、加工可能需要利用不同的原料，如此一來則會使整體製造上受到限制。

故，發明人有鑑於上述習用之不足與缺失，乃搜集相關資料經由多方評估及考量，方以從事此行業之多年經驗透過 不斷的試作、修改，始設計出此種高導熱基板製程發明專利誕生者。

本發明之主要目的乃在於陶瓷基板表面上為成形有預設線路之導電金屬層，並於散熱基板與導電金屬層表面預定位置黏合有金屬導電基材，其金屬導電基材為利用銅或銅鋁合金等金屬片上貼附一層高導熱、耐高溫之絕緣膠，再對金屬導電基材利用露光顯影/蝕刻或衝模方式加工成形出所要面積及線路部份，且將金屬導電基材透過絕緣膠與散熱基板黏合成形為高導熱之擋牆，可避免金屬片及導電金屬層於燒結時氧化成為氧化銅，以防止後續的焊接、電鍍製程中因氧化銅造成剝落或焊接不沾等問題，並提升產品良率、大幅降低整體之製造成本者。

本發明之次要目的乃在於金屬導電基材與陶瓷基板上之金屬片、導電金屬層表面為鍍上有防氧化焊接層，而於防氧化焊接層處進行打線、覆晶或焊接晶片後，便可藉由絕緣膠成形為擋牆來擋止晶片所發出光源，並讓後續製程之發光二極體可在發出光源後，亦可藉由擋牆限制其光源照射方向，從而實現發出所需光型之光源。

本發明之再一目的乃在於金屬導電基材所具之金屬片表面上亦可透過絕緣膠直接與散熱基板黏合，且該散熱基板可為銅基電路板或鋁基電路板等，即可對金屬導電基材露光顯影/蝕刻進行加工成形出所要的面積及線路部份，並於散熱 基板上以雷射方式打孔形成有貫穿至金屬片之貫穿孔，再於貫穿孔內鍍上導電金屬後，使絕緣膠二側表面上之金屬導電基材、散熱基板即形成相互導電狀態，以此結構設計，可達到有效節省空間、縮減其整體所佔用體積之效用。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二圖所示，係分別為本發明較佳實施例之步驟流程圖及剖面示意圖，由圖中可清楚看出，當利用本發明高導熱基板製程時，為包括有下列步驟流程：

(100)在金屬導電基材1所具之金屬片11一側表面上貼附有具高導熱、耐高溫之絕緣膠2。

(101)對金屬導電基材1進行加工成形出所要的面積及線路部份。

(102)將金屬導電基材1透過絕緣膠2與散熱基板3黏合後成形為擋牆21。

(103)再於顯露之金屬片11及散熱基板3所具之導電金屬層32表面鍍上防氧化焊接層4，而於相鄰防氧化焊接層4處進行打線、覆晶或焊接晶片，以藉擋牆21限制晶片之光源照射方向。

上述之金屬導電基材1所具之金屬片11可為銅或銅鋁 (Cu/Al)合金等材質製成，並於金屬片11一側表面上可利用水壓機貼附有具高導熱、耐高溫之絕緣膠2，且該絕緣膠2主要成份係利用陶瓷粉可為低溫共燒陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics；LTCC)或氧化鋁(Al₂ O₃ )，並與特殊調用的高熱導絕緣樹脂依預定百分比作調漿、製帶所製成之液體或薄帶，其中高熱導絕緣樹脂為利用分子結構的化學式(CH2)n，n=4、6、8…，經由自己調配排列而形成異方性排列，再透過熱硬化處理、共有結合後，使其結晶的構造形成等方性排列，便可成型出具高熱導化耐高溫之特殊調用高熱導絕緣樹脂，藉此高熱導絕緣樹脂配合陶瓷粉所製成之絕緣膠2液體或薄帶整體導熱率可達到200~500W/M.K，而耐溫則可介於400~600℃之間，再對金屬導電基材1利用露光顯影/蝕刻或衝模方式來進行加工成形出所要的面積及線路部份，即可將金屬導電基材1透過絕緣膠2與散熱基板3黏合後，送入無氧爐進行共燒成形為擋牆21，由於絕緣膠2燒結成形為硬胚時，其金屬片11表面不會接觸到氧氣，便可避免其銅或銅鋁(Cu/Al)合金材質製成之金屬片11氧化還原成為氧化銅、氧化鋁，藉此可防止後續焊接、電鍍製程中因氧化銅、氧化鋁造成較差的沾潤，以致已經鍍上的金屬層剝落，或是使焊接不沾等後續製程產生問題而成為廢品、瑕疵品，因此 本發明利用無氧爐共燒則可避免上述之問題產生，從而提升產品良率、大幅降低整體製造上之成本。

此外，散熱基板3可為陶瓷基板，且該陶瓷基板有別於一般以印刷的方式製作，其係利用氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al₂ O₃ )材質製成軟生胚，並於軟生胚上打孔後進行燒結，但於實際應用時，並非以此作為侷限，亦可於軟生胚燒結後再以雷射方式打孔形成有具一個或一個以上之貫穿孔31之陶瓷基板3，另於陶瓷基板3一側表面上可利用鍍膜(Coating)方式鍍上有金屬層(圖中未示出)，使其金屬層可為鎳、鉻或鎳鉻矽與銅之合金(Ni/Cr/Si+Cu)、鐵鈷合金(Fe/Co)、鐵鈷鎳合金(Fe/Co/Ni)材質製成，而厚度為可介於0.15μm~0.5μm之間，並於金屬層表面上貼附有乾膜，且對乾膜進行光學微影技術之露光顯影處理後，再去除掉預設線路部份之乾膜，而於預設線路處未受乾膜遮擋、顯露之線路部份金屬層表面上則利用鍍膜方式鍍上有導電金屬層32，其導電金屬層32可為銅材質所製成、厚度為可介於50μm~75μm之間，又導電金屬層32表面上為以鍍膜方式鍍上銀、金材質製成之防蝕刻金屬層(圖中未示出)，再於去除乾膜之後，可對去除乾膜之金屬層進行蝕刻處理，讓蝕刻液(如氯化鐵、氯化銅等)去除金屬層便可留下所需之線路，而後便可將散熱基板3所製成的生胚送入無氧爐進行共燒， 則使絕緣膠2便成形為擋牆21，再於顯露之金屬片11及導電金屬層32表面鍍上防氧化焊接層4，且防氧化焊接層4可為金、銀或鎳等金屬所製成，便完成本發明高精密度及高導熱之基板製程。

再者，上述絕緣膠2燒結後則會成形為擋牆21，而於相鄰防氧化焊接層4處進行打線、覆晶或焊接晶片後，便可藉由擋牆21來擋止晶片所發出光源，並讓後續製程之發光二極體可在發出光源後，亦可藉由擋牆21限制其光源照射方向，從而實現發出所需光型之光源。

上述之散熱基板3可為陶瓷基板而必須以電鍍及高準度露光/蝕刻的方式製作，且該陶瓷基板表面鍍上金屬層方法可為濺鍍鈦金屬或利用奈米介面活性劑對陶瓷基板進行表面改質，再鍍上鎳、鉻、金、銀等金屬，而金屬層、導電金屬層32以及防氧化焊接層4等製程之鍍膜方式亦可利用真空鍍膜、化學蒸鍍、濺鍍或化學電鍍等普遍且成本較為便宜之鍍膜方式，惟有關陶瓷基板表面鍍上金屬層、導電金屬層32及防氧化焊接層4之方法係為現有技術的範疇，且該細部構成並非本案發明要點，茲不再作贅述。

此外，以上所述僅為本發明較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之申請專利範圍，本發明金屬導電基材1所具之金屬片11表面上亦可透過貼附絕緣膠2直接與散熱基板3黏合，且該散熱基板3可為銅基電路板、鋁基電路板或鐵基 電路板等，即可對金屬導電基材1露光顯影/蝕刻進行加工成形出所要的面積及線路部份後送入無氧爐燒結成形為擋牆21，使絕緣膠2於燒結成形為硬胚時，金屬片11表面不會接觸到氧氣，便可避免其氧化還原成為氧化銅、氧化鋁所造成已鍍上的金屬層剝落或焊接不沾等後續製程問題而成為廢品、瑕疵品，並於散熱基板3上為以雷射方式打孔形成有一個或一個以上貫穿至金屬片11上之貫穿孔31後，再於散熱基板3上之貫穿孔31內鍍上導電金屬，並與金屬片11形成電性連接，則使絕緣膠2二側表面上之金屬導電基材1、散熱基板3即形成相互導電狀態，以此結構設計，可達到有效節省空間、縮減其整體所佔用體積之效用。

是以，本發明主要針對高導熱基板製程，而可在散熱基板3表面上成形預設線路之金屬層、導電金屬層32，再於散熱基板3與導電金屬層32表面上預定位置黏合有金屬導電基材1，其金屬導電基材1為利用銅或銅鋁合金等金屬片11上貼附有一層具高導熱、耐高溫之絕緣膠2，再對金屬導電基材1利用露光顯影/蝕刻或衝模方式成形出所要的面積及線路部份，且將金屬導電基材1透過絕緣膠2與散熱基板3黏合、燒結後成形為高導熱之擋牆21，便可避免銅或銅鋁合金等材質之金屬片11及導電金屬層32於燒結時氧化成為氧化銅，以防止後續焊接、電鍍製程中因氧化銅造成剝落或焊接不沾等問題，並提升產品良率、大幅降低整體之 製造成本為保護重點之所在，且該散熱基板1之另側表面上亦可進一步結合有散熱片或導熱基座型式之散熱模組(圖中未示出)，其僅只需提供後續製程之發光二極體可透過散熱模組增加散熱面積，同時將熱量朝周圍快速排散、冷卻降溫使用即可，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明上述之高導熱基板製程於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦發明，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感公便。

1‧‧‧金屬導電基材

11‧‧‧金屬片

2‧‧‧絕緣膠

21‧‧‧擋牆

3‧‧‧散熱基板

31‧‧‧貫穿孔

32‧‧‧導電金屬層

4‧‧‧防氧化焊接層

第一圖 係為本發明較佳實施例之步驟流程圖。

第二圖 係為本發明較佳實施例之剖面示意圖。

Claims (10)

1. 一種高導熱基板製程，尤指金屬導電基材可透過絕緣膠與散熱基板黏合後成形為高導熱擋牆之基板製程，其步驟流程為包括有：(a)在金屬導電基材所具之金屬片一側表面上貼附有具高導熱、耐高溫之絕緣膠；(b)對金屬導電基材進行加工成形所要面積及線路部份；(c)將金屬導電基材透過絕緣膠與散熱基板黏合後成形為擋牆，以藉擋牆限制金屬片及散熱基板上所設晶片之光源照射方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述高導熱基板製程，其中該金屬導電基材所具之金屬片可為銅或銅鋁(Cu/Al)合金材質製成。
3. 如申請專利範圍第1項所述高導熱基板製程，其中該絕緣膠可利用陶瓷粉及高熱導絕緣樹脂等依預定百分比作調漿、製帶製成之液體或薄帶，且絕緣膠之導熱率可達到200~500W/M.K，而耐溫介於400~600℃之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述高導熱基板製程，其中該陶瓷粉可為低溫共燒陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics；LTCC)或氧化鋁(Al₂ O₃ )。
5. 如申請專利範圍第1項所述高導熱基板製程，其中該金屬片 為可利用露光顯影/蝕刻或衝模方式加工成形出所要面積及線路部份。
6. 如申請專利範圍第1項所述高導熱基板製程，其中該散熱基板可為陶瓷基板，並利用軟生胚打孔後燒結，或是軟生胚燒結後再以雷射方式打孔形成具一個或一個以上貫穿孔之陶瓷基板，且軟生胚可為氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al₂ O₃ )材質製成。
7. 如申請專利範圍第6項所述高導熱基板製程，其中該陶瓷基板表面鍍上有金屬層，並於金屬層表面上貼附有乾膜，且對乾膜進行露光顯影後，再去除掉線路部份之乾膜，而於顯露線路部份金屬層表面上鍍上導電金屬層；或是金屬層表面上鍍上導電金屬層，並於導電金屬層表面鍍上防蝕刻金屬層，再進行去除乾膜、蝕刻作業。
8. 如申請專利範圍第7項所述高導熱基板製程，其中該金屬層可為鎳、鉻或鎳鉻矽與銅之合金(Ni/Cr/Si+Cu)、鐵鈷合金(Fe/Co)、鐵鈷鎳合金(Fe/Co/Ni)材質製成，且導電金屬層可為銅材質製成。
9. 如申請專利範圍第1項所述高導熱基板製程，其中該散熱基板為可送入無氧爐進行共燒使絕緣膠成形為擋牆，再於顯露之金屬片及導電金屬層表面鍍上防氧化焊接層，且防氧化焊接層可為金、銀或鎳等金屬。
10. 如申請專利範圍第1項所述高導熱基板製程，其中該散熱 基板可為銅基電路板、鋁基電路板或鐵基電路板等，並於散熱基板上以雷射方式打孔形成有一個或一個以上貫穿至金屬片上之貫穿孔後，再於貫穿孔內鍍上導電金屬。