TWI433615B - 散熱基板及其製作方法 - Google Patents

散熱基板及其製作方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI433615B
TWI433615B TW101113024A TW101113024A TWI433615B TW I433615 B TWI433615 B TW I433615B TW 101113024 A TW101113024 A TW 101113024A TW 101113024 A TW101113024 A TW 101113024A TW I433615 B TWI433615 B TW I433615B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
metal
substrate
layer
metal block
insulating material
Prior art date
Application number
TW101113024A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201343007A (zh
Inventor
Shih Hao Sun
Original Assignee
Subtron Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Subtron Technology Co Ltd filed Critical Subtron Technology Co Ltd
Priority to TW101113024A priority Critical patent/TWI433615B/zh
Priority to US13/526,531 priority patent/US8587115B2/en
Publication of TW201343007A publication Critical patent/TW201343007A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI433615B publication Critical patent/TWI433615B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/142—Metallic substrates having insulating layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • H05K3/381—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by special treatment of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • H05K3/388—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of a metallic or inorganic thin film adhesion layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Description

散熱基板及其製作方法
本發明是有關於一種基板及其製作方法，且特別是有關於一種高導熱需求之散熱基板及其製作方法。
晶片封裝的目的是提供晶片適當的訊號路徑、導熱路徑及結構保護。傳統的打線(wire bonding)技術通常採用導線架(leadframe)作為晶片的承載器(carrier)。隨著晶片的接點密度逐漸提高，導線架已無法再提供更高的接點密度，故可利用具有高接點密度的封裝基板(package substrate)來取代之，並藉由金屬導線或凸塊(bump)等導電媒體，將晶片封裝至封裝基板上。
封裝基板主要是由一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，晶片與封裝基板之間通常會配置一黏著層。晶片透過黏著層而固定於封裝基板上且與封裝基板電性連接，而晶片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導熱。然而，由於黏著層與絕緣層的導熱率較差，所以晶片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，進而導致導熱不易。因此，如何使晶片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，具有較佳的導熱效果。
本發明提供一種散熱基板的製作方法，用以製作上述之散熱基板。
本發明提出一種散熱基板，其包括一金屬基材、一金屬層、一絕緣材料層以及一圖案化導電層。金屬層配置於金屬基材上，且完全包覆金屬基材。金屬層具有一第一金屬區塊以及一環繞第一金屬區塊的第二金屬區塊。第一金屬區塊的厚度大於第二金屬區塊的厚度。絕緣材料層配置於第二金屬區塊上。圖案化導電層配置於絕緣材料層上以及第一金屬區塊上。
在本發明之一實施例中，上述之金屬基材包括一鋁基板。
在本發明之一實施例中，上述之金屬層的材質包括銅。
在本發明之一實施例中，上述之第二金屬區塊的厚度小於或等於第一金屬區塊的厚度的一半。
本發明提出一種散熱基板的製作方法，其中製作方法包括下述步驟。提供一金屬基材。形成一金屬層於金屬基材上，其中金屬層完全包覆金屬基材。形成多個凹部於金屬層上，其中凹部將金屬層定義出一第一金屬區塊以及一環繞第一金屬區塊的第二金屬區塊，且第一金屬區塊的厚度大於第二金屬區塊的厚度。形成一絕緣材料層於凹部上。形成一圖案化導電層於絕緣材料層上以及第一金屬區塊上。
在本發明之一實施例中，上述之形成凹部於金屬層上的方法包括進行一半蝕刻製程。
在本發明之一實施例中，上述之第二金屬區塊的厚度小於或等於第一金屬區塊的厚度的一半。
在本發明之一實施例中，上述之形成絕緣材料層於凹部上的方法包括熱壓合法或塗佈法。
在本發明之一實施例中，上述之形成圖案化導電層的步驟，包括：對絕緣材料層以及第一金屬區塊進行一表面處理。進行一電鍍製程，以於絕緣材料層以及第一金屬區塊上形成一導電層。對導電層進行一圖案化製程，以形成圖案化導電層。
在本發明之一實施例中，上述之形成圖案化導電層之前，更包括壓合一銅箔層於絕緣材料層上以及第一金屬區塊上。
基於上述，由於本發明之散熱基板是採用金屬層來完全包覆金屬基材，因此當將一發熱元件配置於散熱基板上時，發熱元件所產生的熱可透過圖案化導電層、金屬層以及金屬基材而快速地傳遞至外界。如此一來，本發明之散熱基板可以有效的排除發熱元件所產生的熱，進而改善發熱元件的使用效率與使用壽命。
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為本發明之一實施例之一種散熱基板的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，散熱基板100包括一金屬基材110、一金屬層120、一絕緣材料層130以及一圖案化導電層140。
詳細來說，本實施例之金屬基材110例如是熱傳導性較佳的銅基板、銅合金基板、鋁基板或鋁合金基板，但不以此為限，可快速傳導發熱元件所產生的熱能，以降低發熱元件的工作溫度。在此，金屬基材110是以鋁基板作為舉例說明。金屬層120配置於金屬基材110上，且完全包覆金屬基材110，其中金屬層120的材質例如是銅。特別是，金屬層120具有一第一金屬區塊124以及一環繞第一金屬區塊124的第二金屬區塊126，其中第一金屬區塊124的厚度為T1，第二金屬區塊126的厚度為T2，而第一金屬區塊124的厚度為T1大於第二金屬區塊126的厚度T2。較佳地，第二金屬區塊126的厚度T2小於或等於第一金屬區塊124的厚度T1的一半。絕緣材料層130配置於第二金屬區塊126上。圖案化導電層140配置於絕緣材料層130上以及第一金屬區塊124上。
由於本實施例之散熱基板100是採用金屬層120來完全包覆金屬基材110，因此當將一發熱元件(未配置)配置於散熱基板100上時，意即可將發熱元件配置於位於第一金屬區塊124上方的圖案化導電層140上，此發熱元件所產生的熱可依序透過圖案化導電層140、金屬層120的第一金屬區塊124以及金屬基材110而快速地傳遞至外界。如此一來，本實施例之散熱基板100可以有效的排除發熱元件所產生的熱，進而改善發熱元件的使用效率與使用壽命。再者，由於本實施例是採用鋁基板來作為金屬基材110，因此散熱基板100之整體的重量可相對於同體積之銅基板較輕，且成本也相對較為低廉。
以上僅介紹本發明之散熱基板100的結構，並未介紹本發明之散熱基板100的製作方法。對此，以下將以另一實施例配合圖2A至圖2G來詳細說明上述實施例之散熱基板的製作方法。
圖2A至圖2G為本發明之一實施例之一種散熱基板的製作方法的剖面示意圖。請先參考圖2A，依照本實施例的散熱基板100的製作方法，首先，提供一金屬基材110。在本實施例中，金屬基材110例如是熱傳導性較佳的銅基板、銅合金基板、鋁基板或鋁合金基板，但在此並不以此為限。在此，金屬基材110是以厚度介於0.5公釐至2公釐之間的鋁基板作為舉例說明。
接著，請參考圖2B，形成一金屬層120於金屬基材110上，其中金屬層120完全包覆金屬基材110。在本實施例中，例如是透過電鍍的方式來形成厚度介於0.005公釐至0.3公釐之間的金屬層。此外，金屬層120的材質例如是銅。
在此必須說明的是，於其他實施例中，為了有利於之金屬層120的形成製程，亦可於形成金屬層120之前，先對金屬基材110進行一表面處理。其中，表面處理的步驟例如是透過物理或化學的方式，形成一介質層(未繪示)於金屬基材110上，而介質層的材質例如是鋅或銅。之後，在以介質層為電鍍種子層，以電鍍的方式形成金屬層120於金屬基材110上。
接著，請參考圖2C，形成多個凹部122於金屬層120上，其中形成這些凹部122於金屬層120上的方法包括進行一半蝕刻製程。詳細來說，這些凹部122可將金屬層120定義出一第一金屬區塊124以及一環繞第一金屬區塊124的第二金屬區塊126，其中這些凹部122對應於第二金屬區塊126。特別是，第一金屬區塊124的厚度為T1，第二金屬區塊126的厚度為T2，而第一金屬區塊124的厚度T1大於第二金屬區塊126的厚度T2。較佳地，第二金屬區塊126的厚度T2小於或等於第一金屬區塊124的厚度T1的一半。
接著，請參考圖2D，形成一絕緣材料層130於這些凹部122上，意即將絕緣材料層130配置於第二金屬區塊126上。在本實施例中，形成絕緣材料層130於這些凹部122上的方法包括熱壓合法或塗佈法。
然後，為了有利於後續之製程，可先對絕緣材料層130以及第一金屬區塊124進行一表面處理。接著，請參考圖2E，進行一電鍍製程，以於絕緣材料層130以及第一金屬區塊124上形成一導電層140a。由於本實施例是在形成導電層140a之前，先對絕緣材料層130以及第一金屬區塊124進行表面處理，因此可提高絕緣材料層130與導電層140a之間以及第一金屬區塊124與導電層140a之間的結合力。
最後，請參考圖2E，對導電層140a進行一圖案化製程，以於絕緣材料層130上以及第一金屬區塊124上形成一圖案化導電層140，其中圖案化製程的方法包括微影蝕刻法。至此，已大致完成散熱基板100的製作。
值得一提的是，於其他實施例中，為了提高絕緣材料層130與導電層140a之間以及第一金屬區塊124與導電層140a之間的結合力，亦可於形成圖案化導電層140之前，先壓合一銅箔層150於絕緣材料層130上以及第一金屬區塊124上。然後，再以銅箔層150作為電鍍種子層，進行一電鍍製程，以於絕緣材料層130以及第一金屬區塊124上形成導電層140a。最後，再對導電層140a進行圖案化製程，以於絕緣材料層130上以及第一金屬區塊124上形成圖案化導電層140，而完成散熱基板100a的製作，請參考圖2G。
在後續的製程中，當發熱元件(可例如是發光二極體晶片)(未繪示)經由打線接合製程或覆晶接合製程與散熱基板100(或散熱基板100a)的圖案化導電層140電性連接時，即可將發熱元件配置於位於第一金屬區塊124上方的圖案化導電層140上，發熱元件所發出的熱可直接藉由圖案化導電層140(、銅箔層150)、金屬層120的第一金屬區塊124以及金屬基材110而快速地傳遞至外界。簡言之，本實施例之散熱基板100(或散熱基板100a)可以有效的排除發熱元件所產生的熱，進而改善發熱元件的使用效率與使用壽命。
由於本實施例之是採用鋁基板來作為金屬基材110，因此散熱基板100(或散熱基板100a)之整體的重量可相對於同體積之銅基板較輕。故，於製程的過程中，可方便作業人員進行搬移作業與加工作業，可提升產能與製程良率。再者，由於鋁基板的成本相對於同體積之銅基板低廉，因此可降低生產成本。此外，由於採用金屬層120(材料例如是銅)來完全包覆金屬基材110(例如是鋁基板)，因此於蝕刻製程時，可保護金屬基材110不被蝕刻液所侵蝕，以確保金屬基材110的完整度與結構可靠度。
綜上所述，由於本發明之散熱基板是採用金屬層來完全包覆金屬基材，因此當將一發熱元件配置於散熱基板上時，發熱元件所產生的熱可透過圖案化導電層、金屬層以及金屬基材而快速地傳遞至外界。如此一來，本發明之散熱基板可以有效的排除發熱元件所產生的熱，進而改善發熱元件的使用效率與使用壽命。
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，故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、100a．．．散熱基板
110．．．金屬基材
120．．．金屬層
122．．．凹部
124．．．第一金屬區塊
126．．．第二金屬區塊
130．．．絕緣材料層
140．．．圖案化導電層
140a．．．導電層
150．．．銅箔層
T1、T2．．．厚度
圖1為本發明之一實施例之一種散熱基板的剖面示意圖。
圖2A至圖2G為本發明之一實施例之一種散熱基板的製作方法的剖面示意圖。
100．．．散熱基板
110．．．金屬基材
120．．．金屬層
124．．．第一金屬區塊
126．．．第二金屬區塊
130．．．絕緣材料層
140．．．圖案化導電層
T1、T2．．．厚度

Claims (10)

  1. 一種散熱基板，包括：一金屬基材；一金屬層，配置於該金屬基材上，且完全包覆該金屬基材，其中該金屬層具有一第一金屬區塊以及一環繞該第一金屬區塊的第二金屬區塊，且該第一金屬區塊的厚度大於該第二金屬區塊的厚度；一絕緣材料層，配置於該第二金屬區塊上；以及一圖案化導電層，配置於該絕緣材料層上以及該第一金屬區塊上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱基板，其中該金屬基材包括一鋁基板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之散熱基板，其中該金屬層的材質包括銅。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之散熱基板，其中該第二金屬區塊的厚度小於或等於該第一金屬區塊的厚度的一半。
  5. 一種散熱基板的製作方法，包括：提供一金屬基材；形成一金屬層於該金屬基材上，其中該金屬層完全包覆該金屬基材；形成多個凹部於該金屬層上，其中該些凹部將該金屬層定義出一第一金屬區塊以及一環繞該第一金屬區塊的第二金屬區塊，且該第一金屬區塊的厚度大於該第二金屬區塊的厚度；形成一絕緣材料層於該些凹部上；以及形成一圖案化導電層於該絕緣材料層上以及該第一金屬區塊上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之散熱基板的製作方法，其中形成該些凹部於該金屬層上的方法包括進行一半蝕刻製程。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之散熱基板，其中該第二金屬區塊的厚度小於或等於該第一金屬區塊的厚度的一半。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之散熱基板的製作方法，其中形成該絕緣材料層於該些凹部上的方法包括熱壓合法或塗佈法。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之散熱基板的製作方法，其中形成該圖案化導電層的步驟，包括：對該絕緣材料層以及該第一金屬區塊進行一表面處理；進行一電鍍製程，以於該絕緣材料層以及該第一金屬區塊上形成一導電層；以及對該導電層進行一圖案化製程，以形成該圖案化導電層。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之散熱基板的製作方法，更包括：形成該圖案化導電層之前，壓合一銅箔層於該絕緣材料層上以及該第一金屬區塊上。
TW101113024A 2012-04-12 2012-04-12 散熱基板及其製作方法 TWI433615B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101113024A TWI433615B (zh) 2012-04-12 2012-04-12 散熱基板及其製作方法
US13/526,531 US8587115B2 (en) 2012-04-12 2012-06-19 Heat dissipation substrate and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101113024A TWI433615B (zh) 2012-04-12 2012-04-12 散熱基板及其製作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201343007A TW201343007A (zh) 2013-10-16
TWI433615B true TWI433615B (zh) 2014-04-01

Family

ID=49325382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101113024A TWI433615B (zh) 2012-04-12 2012-04-12 散熱基板及其製作方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8587115B2 (zh)
TW (1) TWI433615B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5494870B1 (ja) * 2013-07-29 2014-05-21 富士ゼロックス株式会社 定着装置、加熱部材、画像形成装置および加熱部材の製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5213877A (en) * 1991-05-02 1993-05-25 Mitsubishi Materials Corporation Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit
US5928768A (en) * 1995-03-20 1999-07-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Silicon nitride circuit board
US6744135B2 (en) * 2001-05-22 2004-06-01 Hitachi, Ltd. Electronic apparatus
JP2002368168A (ja) * 2001-06-13 2002-12-20 Hitachi Ltd 半導体装置用複合部材、それを用いた絶縁型半導体装置、又は非絶縁型半導体装置
US6900501B2 (en) * 2001-11-02 2005-05-31 Cree Microwave, Inc. Silicon on insulator device with improved heat removal
JP4382547B2 (ja) * 2004-03-24 2009-12-16 株式会社アライドマテリアル 半導体装置用基板と半導体装置
JP4378334B2 (ja) * 2005-09-09 2009-12-02 日本碍子株式会社 ヒートスプレッダモジュール及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20130273388A1 (en) 2013-10-17
TW201343007A (zh) 2013-10-16
US8587115B2 (en) 2013-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI437930B (zh) 封裝載板及其製作方法
TWI435393B (zh) 封裝載板及其製作方法
TWI446495B (zh) 封裝載板及其製作方法
JP2012164982A (ja) パッケージキャリアおよびその製造方法
US8893379B2 (en) Manufacturing method of package structure
TWI485823B (zh) 半導體封裝結構及半導體封裝結構的製作方法
TW201640627A (zh) 電子裝置及其製法
JP5607092B2 (ja) パッケージ構造およびその製造方法
TWI722533B (zh) 散熱基板及其製作方法
TWI464929B (zh) 提昇散熱效率之光源模組及其嵌入式封裝結構
US20140191386A1 (en) Semiconductor package and fabrication method thereof
TWI433615B (zh) 散熱基板及其製作方法
TWI536515B (zh) 具有散熱結構之半導體封裝元件及其封裝方法
TWI449138B (zh) 封裝載板
TWI442526B (zh) 導熱基板及其製作方法
TWI446591B (zh) 封裝載板及其製作方法
JP2014060344A (ja) 半導体モジュールの製造方法、半導体モジュール
TW201635456A (zh) 電子封裝件及其製法
CN104427746A (zh) 线路板结构