TWI442847B - Method for manufacturing three - dimensional circuit of ceramic substrate - Google Patents
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Description
本發明是有關一種陶瓷基板三維線路製造方法，特別是指在三維立體結構的陶瓷基板表面上形成立體圖案化金屬線路的製造方法。
隨著電子產品朝向高性能與輕薄化的方向發展，在「輕、薄、短、小、多功能」的設計理念下，各種電子元件如發光二極體(LED)，均朝向高功率、高照明亮度、體積小的方向開發。在高功率的條件下，會使得元件因電能消耗所產生的熱量不斷地提高，若是封裝結構無法有效地使熱能排出，便會不斷地累積於元件內部，使LED操作時的接點溫度上昇，導致發光效率降低及發光波長變短，壽命也會隨之減少，而接點溫度會受到封裝熱阻、消耗功率及封裝內部溫度的提高而升高。此外，封裝所採用的環氧樹酯在長時間高溫下會有黃變的現象，造成穿透率下降，使整體的光輸出量減少。由此可知，在封裝設計上必須從解決散熱問題做起才是根本之道。因此，能夠提供高效率傳遞熱源的封裝散熱基板，已成為電子元件性能提升及壽命維持的關鍵。
現階段LED封裝基板所採用的高散熱性基板，普遍以具有高導熱係數的陶瓷材料基板為主，以LED晶片螢光膠封裝為例，須藉由管控注入凹槽的固定高度來控制螢光粉膠量，來改善LED發光的散佈均勻性。目前具有立體凹槽結構的陶瓷基板而言，大部分皆採用氧化鋁粉末混合玻璃材料的LTCC、HTCC多層共燒陶瓷基板，但上述陶瓷材料混合玻璃材料的陶瓷基板將導致熱傳導效果降低，無法與高純度氧化鋁(AL2O3)以及氮化鋁(ALN)散熱基板抗衡。因此，同時具有高散熱特性以及立體凹槽結構的功能性散熱基板需求，有其發展的必要性。
因此，本發明提供一種陶瓷基板三維線路製造方法，以解決先前技術之不足與缺點。
本發明之主要目的，在於提供一種陶瓷基板三維線路製造方法，將高密度的陶瓷材料基板進行結構加工處理，形成三維立體結構，並於陶瓷基板表面直接形成三維立體電路，以構成具有立體結構及三維立體電路的散熱基板，進而達到低熱阻、高散熱及低空間需求特性的陶瓷散熱基板，且該電路的金屬線路層可選擇性成形於基板的任何立體面，以達到圖案化線路的電路佈局及作為埋設電子元件的空間設計。
為達到上述目的，本發明陶瓷基板三維線路製造方法包括以下製造步驟：(1)提供一介電陶瓷材料的基板；(2)對上述基板進行噴砂或雷射的立體結構加工處理，形成一三維立體結構的基板；(3)對上述基板表面進行金屬化處理，沉積形成一金屬薄膜層；
(4)對上述金屬薄膜層表面以浸塗、噴印、移印、刷塗或噴塗的方式進行光阻塗佈處理，形成一光阻保護層；(5)對上述光阻保護層進行曝光/顯影處理，形成一圖案化光阻保護層，其中，上述曝光/顯影處理係利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形的區域或位置直接照射於光阻保護層上，又上述立體曝光線路圖形選自於噴印線路圖形、移印線路圖形或直接掃瞄圖形的其中一種；(6)對顯露的金屬薄膜層以電鍍或化學鍍的其中一種方式進行金屬增厚處理，沉積形成一圖案化金屬增厚層；(7)對圖案化光阻保護層進行剝除光阻處理；(8)對顯露的金屬薄膜層進行快速蝕刻處理；以及(9)對圖案化金屬增厚層表面進行金屬保護處理，形成一金屬保護層。
本發明陶瓷基板三維線路製造方法中的陶瓷材料可選自於氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氮化矽、碳化矽、鈦酸鋇的其中一種或以上複合材料的其中一種。
其中，上述立體結構加工係利用噴砂或雷射方式，於基板上形成上述三維結構的基板。
上述金屬化處理，係利用濺鍍(Sputtering)或蒸鍍(Evaporation)的其中一種方式，使金屬沉積於基板表面形成金屬薄膜層。其中，上述沉積金屬可選自於鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、錫(Sn)、銅(Cu)、鋁(AL)、鈦(Ti)的
其中一種或以上複合金屬的其中一種。
上述光阻塗佈處理，係將感光液態光阻以浸塗、噴印、移印、刷塗或噴塗的方式，對金屬薄膜層的表面塗佈一光阻保護層。其中，上述光阻保護層的感光液態光阻選自於正型或負型光阻的其中一種。其中，上述噴印方式，係利用噴墨頭將感光液態光阻噴印至金屬薄膜層的表面，形成具有立體線路圖形的光阻保護層。其中，上述移印方式，係利用移印膠頭蘸起感光液態光阻至金屬薄膜層的表面，形成具有立體線路圖形的光阻保護層。
上述曝光/顯影處理係採用單面或雙面曝光的其中一種，利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形的區域或位置，直接照射於光阻保護層上，使光阻內部產生化學反應；再利用顯影劑將光阻溶解除去，形成圖案化光阻保護層。其中，上述立體曝光線路圖形可選自於噴印線路圖形、移印線路圖形或直接掃瞄圖形的其中一種。
上述金屬增厚處理，係利用電鍍(Electroplating)或化學鍍(Chemical Plating；又叫無電鍍Electroless Plating)的其中一種方式，使顯露的金屬薄膜層沉積形成圖案化金屬增厚層；上述電鍍或化學鍍金屬選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鈀(Pd)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
上述剝除光阻處理係利用噴灑或浸泡剝膜劑的其中一種方式，以剝除上述圖案化光阻保護層上的光阻保護層。
上述快速蝕刻處理係利用噴灑或浸泡微蝕劑的其中一
種方式，對顯露的金屬薄膜層進行溶蝕去除。
上述金屬保護處理係利用化學鍍(Chemical Plating；又叫無電鍍Electroless Plating)的方式，使圖案化金屬增厚層表面形成金屬保護層；上述化學鍍金屬選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
為使 貴審查委員易於瞭解本發明之其他特徵、內容與優點，使本裝置及其方法之功效更為顯現，茲將本發明配合附圖，詳細說明如下：首先，請參閱第1圖的流程圖所示，於第一較佳實施例中，本發明陶瓷基板及其三維線路的製造方法，其包含以下步驟：(1)提供一介電陶瓷材料的基板；(2)對上述基板進行噴砂或雷射的立體結構加工處理，形成一三維立體結構的基板；(3)對上述基板表面進行金屬化處理，沉積形成一金屬薄膜層；(4)對上述金屬薄膜層表面以浸塗、噴印、移印、刷塗或噴塗的方式進行光阻塗佈處理，形成一光阻保護層；(5)對上述光阻保護層進行曝光/顯影處理，形成一圖案化光阻保護層，其中，上述曝光/顯影處理係利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形的區域或位置直接照射於光阻保護層上，又上述立體曝光線路圖形選
自於噴印線路圖形、移印線路圖形或直接掃瞄圖形的其中一種；(6)對顯露的金屬薄膜層以電鍍或化學鍍的其中一種方式進行金屬增厚處理，沉積形成一圖案化金屬增厚層；(7)對圖案化光阻保護層進行剝除光阻處理；(8)對顯露的金屬薄膜層進行快速蝕刻處理；以及(9)對圖案化金屬增厚層表面進行金屬保護處理，形成一金屬保護層。
上述步驟(2)立體結構加工處理係利用噴砂及雷射方式，將基板10上形成上述三維立體結構的基板10。如圖所示，上述基板10透過噴砂降面及雷射穿孔方式，於基板10上形成一凹槽21及複數個穿孔22的三維立體結構。
請參閱第3圖所示，上述步驟(3)金屬化處理，係利用濺鍍(Sputtering)或蒸鍍(Evaporation)的其中一種方式，使金屬沉積於基板表面形成金屬薄膜層11。其中，上述沉積金屬可選自於鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、錫(Sn)、銅(Cu)、鋁(AL)、鈦(Ti)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
上述步驟(4)光阻塗佈處理，係將感光液態光阻以浸塗、噴印、移印、刷塗或噴塗的方式，對金屬薄膜層11的表面塗佈一光阻保護層12。其中，上述光阻保護層12的感光液態光阻選自於正型或負型光阻的其中一種。其中，上述噴印方式，係利用噴墨頭將感光液態光阻噴印至金屬薄
膜層的表面，形成具有立體線路圖形的光阻保護層。其中，上述移印方式，係利用移印膠頭蘸起感光液態光阻至金屬薄膜層的表面，形成具有立體線路圖形的光阻保護層。
請參閱第4圖至第5圖所示，上述步驟(5)曝光/顯影處理係採用單面或雙面曝光的其中一種，利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形31的區域或位置，直接照射於光阻保護層12上，使光阻內部產生化學反應；再利用顯影劑將光阻溶解除去，形成圖案化光阻保護層13。
於一較佳實施例中，上述立體曝光線路圖形31可選自於噴印線路圖形、移印線路圖形或直接掃瞄圖形的其中一種。如圖實施例中，上述立體曝光線路圖形31分別具有一上方曝光圖形311及一下方曝光圖形312，使上述基板10上、下方的光阻保護層12形成圖案化光阻保護層13。
上述步驟(6)金屬增厚處理，係利用電鍍(Electroplating)或化學鍍(Chemical Plating；又叫無電鍍Electroless Plating)的其中一種方式，使顯露的金屬薄膜層11沉積形成圖案化金屬增厚層14；上述電鍍或化學鍍金屬選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鈀(Pd)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
請參閱第6圖所示，上述步驟(7)剝除光阻處理係利用噴灑或浸泡剝膜劑的其中一種方式，剝除上述圖案化光阻保護層13。
上述步驟(8)快速蝕刻處理，係利用噴灑或浸泡微蝕劑的其中一種方式，將金屬薄膜層11進行溶蝕去除。
請參閱第7圖所示，上述步驟(9)金屬保護處理，係利用化學鍍(Chemical Plating；又叫無電鍍Electroless Plating)的方式，使圖案化金屬增厚層14形成金屬保護層15；上述化學鍍金屬選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
綜上所述，本發明陶瓷基板三維線路製造方法，將高密度的陶瓷材料基板進行結構加工處理，形成三維立體結構，並於陶瓷基板表面直接形成三維立體電路，以構成具有立體結構及三維立體電路的散熱基板，進而達到低熱阻、高散熱及低空間需求特性的陶瓷散熱基板，且該電路的金屬線路層可選擇性成形於基板的任何立體面，以達到圖案化線路的電路佈局及作為埋設電子元件的空間設計，以滿足產品輕、薄、短、小的設計需求。
惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。
10‧‧‧基板
11‧‧‧金屬薄膜層
12‧‧‧光阻保護層
13‧‧‧圖案化光阻保護層
14‧‧‧圖案化金屬增厚層
15‧‧‧金屬保護層
21‧‧‧凹槽
22‧‧‧穿孔
30‧‧‧曝光/顯影處理
31‧‧‧立體曝光線路圖形
311‧‧‧上方曝光圖形
312‧‧‧下方曝光圖形
第1圖係本發明陶瓷基板及其三維線路製造流程圖；以及第2圖至第7圖係本發明陶瓷基板及其三維線路製造的結構示意圖。
Claims (10)
- 一種陶瓷基板三維線路製造方法，步驟包含：(1)提供一介電陶瓷材料的基板；(2)對上述基板進行噴砂或雷射的立體結構加工處理，形成一三維立體結構的基板；(3)對上述基板表面進行金屬化處理，沉積形成一金屬薄膜層；(4)對上述金屬薄膜層表面以浸塗、噴印、移印、刷塗或噴塗的方式進行光阻塗佈處理，形成一光阻保護層；(5)對上述光阻保護層進行曝光/顯影處理，形成一圖案化光阻保護層，其中，上述曝光/顯影處理係利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形的區域或位置直接照射於光阻保護層上，又上述立體曝光線路圖形選自於噴印線路圖形、移印線路圖形或直接掃瞄圖形的其中一種；(6)對顯露的金屬薄膜層以電鍍或化學鍍的其中一種方式進行金屬增厚處理，沉積形成一圖案化金屬增厚層；(7)對圖案化光阻保護層進行剝除光阻處理；(8)對顯露的金屬薄膜層進行快速蝕刻處理；以及(9)對圖案化金屬增厚層表面進行金屬保護處理，形成一金屬保護層。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述基板選自於氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、 氮化矽、碳化矽、鈦酸鋇的其中一種或以上複合材料的其中一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述金屬化處理的沉積金屬選自於鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、錫(Sn)、銅(Cu)、鋁(AL)、鈦(Ti)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述光阻保護層的感光液態光阻選自於正型或負型光阻的其中一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述噴印方式，係利用噴墨頭將感光液態光阻噴印至金屬薄膜層的表面，形成具有立體線路圖形的光阻保護層。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述移印方式，係利用移印膠頭蘸起感光液態光阻至金屬薄膜層的表面，形成具有立體線路圖形的光阻保護層。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述金屬增厚層的電鍍或化學鍍金屬選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鈀(Pd)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述剝除光阻處理係利用噴灑或浸泡剝膜劑 的其中一種方式，以剝除上述圖案化光阻保護層上的光阻保護層。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述快速蝕刻處理係利用噴灑或浸泡微蝕劑的其中一種方式。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板三維線路製造方法，其中，上述金屬保護處理係利用化學鍍方式，使圖案化金屬增厚層形成金屬保護層；上述化學鍍金屬選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
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