TWI481085B - 層疊散熱基板以及使用此層疊散熱基板之電子組裝結構 - Google Patents

Description

層疊散熱基板以及使用此層疊散熱基板之電子組裝結構

本發明係關於一種層疊散熱基板，可供電子元件使用。具體而言，本發明係關於一種可供發光二極體使用之層疊散熱基板。

近年來隨著高功率發光二極體(LED)技術的發展，其發光效率已逐漸提升至90~120lm/W以上。然而，其電光轉換效率僅約15~20%。換言之，其輸入之電能中仍有絕大部份轉換成熱能，這些熱能若不能快速導至外界環境，將會造成晶片溫度上升，進而影響發光強度及壽命。因此，高功率LED產品的熱管理問題越來越受到重視。

在LED產品中，印刷電路板是不可或缺的部分，提供電子元件安裝與互相連接的支撐載體，其中又以散熱基板為主要材料。一般業界最常使用金屬基板作為散熱基板，如圖1A所示，習知電子組裝結構90包含鋁金屬基板10、絕緣層50及導電層70。此類型基板最大的散熱瓶頸即是介於導電層70與鋁金屬基板10之間的絕緣層50。絕緣層50大多使用環氧樹脂作為主要材料，但因其熱傳導係數偏低，必須另行添加導熱填料，如氧化鋁、氮化鋁與氮化硼等填料，來提高該層的熱傳導係數，進而降低該基板的熱阻抗。即使如此，絕緣層50之熱傳導係數仍遠低於金屬材料，故仍為散熱的主要瓶頸。另一方面，如圖1B所示，在不同實施例中，習知電子組裝結構90的鋁金屬基板10與絕緣層50間可能有設置含銅層33的需求。然而，含銅層33與鋁金屬基板10的接著力不佳，易使得含銅層33自鋁金屬基板10剝離。

本發明之主要目的為提供一種層疊散熱基板，具有較佳之金屬層附著力。

本發明之另一目的為提供一種層疊散熱基板，具有較薄之厚度。

本發明之另一目的為提供一種電子組裝結構，具有較佳之散熱能力。

本發明之層疊散熱基板包含基板、層疊鍵結層、絕緣層以及導電層。層疊鍵結層設置於基板上，至少包含第一鍵結層以及第二鍵結層。第一鍵結層設置於基板上。第二鍵結層設置於第一鍵結層上。絕緣層設置於層疊鍵結層上。導電層設置於絕緣層上。

基板包含鋁或鋁合金或銅或銅合金。第二鍵結層係銅或銅合金。層疊鍵結層進一步包含第三鍵結層，設置於第一鍵結層及第二鍵結層間，其中第三鍵結層包含金屬、金屬合金或陶瓷。在較佳實施例中，第一鍵結層含有鋅。第三鍵結層之鎳含量介於90%至100%，磷含量介於0至10%。層疊鍵結層進一步包含保護層，設置於絕緣層下，保護層包含金屬、金屬合金、金屬氧化物或有機化合物。保護層可為銅氧化物或鉻氧化物，或可為含氮、含氧、含磷或含硫之有機化合物，亦可為矽烷類有機化合物，或亦可為鎳、鈷、鋅、鉻、鉬、銅、鎳合金、鈷合金、鋅合金、鉻合金、鉬合金、銅合金或其混合物。

絕緣層之材料包含為聚醯亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚萘二甲酸樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、有機矽樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、聚醚酮樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、聚醚砜樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯或其混合物。導電層係選自錫、鎳、銀、銅、金、鈀、鈷、鉻、鈦、鉑、鉭、鎢及鉬。

在不同實施例中，層疊散熱基板進一步可包含反側絕緣層以及反側導電層。反側絕緣層設置於基板相對層疊鍵結層之另側。反側導電層設置於反側絕緣層相對基板之另側。層疊散熱基板可進一步包含複數個孔洞貫穿反側絕緣層及反側導電層。反側絕緣層之材料包含為聚醯亞胺樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、有機矽樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、聚醚酮樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、聚醚砜樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯或其混合物。反側導電層係選自錫、鎳、銀、銅、金、鈀、鈷、鉻、鈦、鉑、鉭、鎢及鉬。

本發明之電子組裝結構包含前述層疊散熱基板以及電子元件。其中，絕緣層及導電層進一步於層疊鍵結層上圍出容置空間，容置空間暴露層疊鍵結層。電子元件設置於容置空間內及層疊鍵結層上，且與導電層電連接。電子元件較佳係發光二極體。

如圖2所示之實施例，本發明之層疊散熱基板800包含基板100、層疊鍵結層300、絕緣層500以及導電層700。具體而言，基板100較佳係使用金屬或合金製成，由於此類材料兼具有良好的導熱性，故可進一步提升散熱基板800整體之散熱效果。其中，因為鋁質地較輕、價格較低且具有良好的導熱性，故在較佳實施例中，基板100係使用鋁或鋁合金製成。

層疊鍵結層300設置於基板100上，至少包含第一鍵結層310以及第二鍵結層320。第一鍵結層310設置於基板100上，較佳但不限含有鋅。第二鍵結層320設置於第一鍵結層310上。第二鍵結層320係銅或銅合金。其中，第二鍵結層320與使用鋁或鋁合金製成之基板100之附著力較低，而第一鍵結層310則與基板100具有良好之附著力。

層疊鍵結層300進一步包含第三鍵結層330，設置於第一鍵結層310及第二鍵結層320間，其中第三鍵結層330包含金屬、金屬合金或陶瓷。金屬可係選自錫、鎳、銀、銅、金、鈀、鈷、鉻、鈦、鉑、鉭、鎢及鉬。在較佳實施例中，第三鍵結層330係鎳合金，鎳含量介於90%至100%，磷含量介於0至10%。其中，第三鍵結層330與第一鍵結層310和與第二鍵結層320均具有良好之附著力。進一步而言，第三鍵結層330分別與第一鍵結層310和與第二鍵結層320間之附著力較佳，係大於第一鍵結層310和與第二鍵結層320間之附著力。因此，第二鍵結層320可藉由第三鍵結層330更良好地附著在第一鍵結層310上。

綜言之，如圖3A所示之實施例，層疊鍵結層300除了包含第一鍵結層310以及第二鍵結層320外，可進一步包含多個鍵結層依序層疊於第一鍵結層310及第二鍵結層320間，每一相鄰鍵結層彼此間具有良好的附著力。藉此，層疊於最上層之鍵結層即使與基板100的附著力不佳，仍可利用夾設於其間的鍵結層良好地附著於基板100上。其中，各個鍵結層可選用相同或不同之材料，亦即可用相同或不同的材料依次層疊出相鄰之鍵結層。另一方面，製程當中可藉由控制形成條件例如比例、溫度、時間等，令使用相同材料之不同鍵結層具有不同之物理、化學性質。

絕緣層500設置於層疊鍵結層300上。導電層700設置於絕緣層500上。其中，絕緣層之材料包含為聚醯亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚萘二甲酸樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、有機矽樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、聚醚酮樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、聚醚砜樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯或其混合物。導電層係選自錫、鎳、銀、銅、金、鈀、鈷、鉻、鈦、鉑、鉭、鎢及鉬。

如圖3B所示之不同實施例，層疊鍵結層300進一步包含保護層333，設置於第二鍵結層320及絕緣層500間。換言之，保護層333係層疊鍵結層300包含之多個鍵結層之最上層。保護層333包含金屬、金屬合金、金屬氧化物或有機化合物。在此實施例中第二鍵結層320係銅，保護層333係銅氧化物。保護層333不僅分別與其上、下之絕緣層500及第二鍵結層320具有良好的附著力，更可具有防焊等保護效果。然而在其它不同實施例中，第二鍵結層320可為銅合金，保護層333可為其它金屬氧化物(例如：鉻氧化物)、有機化合物(例如：含氮、含氧、含磷或含硫之有機化合物或矽烷類有機化合物)、一種或多種金屬(如鎳、鈷、鋅、鉻、鉬、銅)之本身或其合金之混合物。其中，保護層333進一步可以層疊方式設置，且為上述的任意組合。

如圖4所示，在不同實施例中，層疊散熱基板800進一步可包含反側絕緣層550以及反側導電層770。反側絕緣層550設置於基板100相對層疊鍵結層300之另側。反側導電層770設置於反側絕緣層550相對基板100之另側。反側絕緣層550之材料包含為聚醯亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚萘二甲酸樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、有機矽樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、聚醚酮樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、聚醚砜樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯或其混合物。反側導電層770係選自錫、鎳、銀、銅、金、鈀、鈷、鉻、鈦、鉑、鉭、鎢及鉬。

如圖4所示之不同實施例中，層疊散熱基板800可進一步包含複數個孔洞400貫穿反側絕緣層550及反側導電層770。在不同實施例中，複數個孔洞400內可填充有導熱材料(未繪示)。其中，孔洞400之位置、數量、內徑或分佈方式等，可依設計需求變化。導熱材料之熱傳導係數較佳係大於10W/mK，包含金屬、合金、陶瓷、金屬或陶瓷-高分子複合材料、導熱矽樹脂或其混合物。其中，金屬可為銀、銅、鋁、鎳或鐵，合金可為錫鉛合金、錫鉛銀合金或錫銀銅合金。陶瓷可為氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、碳化矽、奈米碳管或石墨等。導熱材料填充於孔洞400的方式可視其材料特性變化，例如可在導熱矽樹脂導熱物為流動狀態時將其灌入孔洞400，或使金屬導熱物電鍍形成於孔洞400中，或以機械力將固態金屬-高分子複合材料導熱物壓入孔洞400。其中，導熱物不限於填滿孔洞400，亦可以覆蓋孔洞400側壁之方式設置。在不同實施例中，複數個孔洞400內亦可設置電子元件(未繪示)。

如圖5A所示之實施例，本發明之電子組裝結構900包含前述層疊散熱基板800以及電子元件200。其中，絕緣層500及導電層700進一步於層疊鍵結層300上圍出容置空間600，容置空間600暴露層疊鍵結層300。在較佳實施例中，係將圖2所示之層疊散熱基板800以物理或化學方式蝕刻去除特定區域之絕緣層500及導電層700，以形成容置空間600。如圖5A所示，電子元件200設置於容置空間600內及層疊鍵結層300上，且與導電層700電連接。其中，連接的方式較佳係使用導線222。電子元件200較佳係發光二極體，亦即電子組裝結構900較佳係用於發光二極體照明裝置。然而在不同實施例中，電子組裝結構900可用於其它電子裝置。具體而言，在本發明之電子組裝結構900中，電子元件200與基板100間沒有絕緣層500，可使整體厚度減少。另一方面，電子元件200運作時產生之熱可較直接地傳送至基板100散熱，可提升散熱效率。

如圖5B所示之不同實施例，電子元件200與層疊鍵結層300之第二鍵結層320間、第二鍵結層320與第三鍵結層330間、第三鍵結層330與第一鍵結層310間、第一鍵結層310與基板100間分別具有良好之附著力。因此，即使電子元件200直接與基板100的附著力不佳，仍可利用夾設於其間的第一鍵結層310、第三鍵結層330及第二鍵結層320良好地附著於基板100上。

在如圖6A至圖6C所示之實施例中，其中，保護層333可選擇性地在製程中保留(如圖6A)或去除(如圖6B)。換言之，保護層333可在製程中保留而如圖6A所示同時設置於絕緣層500下且暴露於容置空間600，或可在製程中去除而如圖6B所示僅設置於絕緣層500下。另一方面，絕緣層500可進一步以層疊方式設置。例如在圖6C所示之實施例中，絕緣層500包含第一絕緣層510及第二絕緣層520。故可藉此增加接著效果。進一步而言，如圖7A及圖7B所示，絕緣層500及導電層700亦可層疊設置。

雖然前述的描述及圖式已揭示本發明之較佳實施例，必須瞭解到各種增添、許多修改和取代可能使用於本發明較佳實施例，而不會脫離如所附申請專利範圍所界定的本發明原理之精神及範圍。熟悉本發明所屬技術領域之一般技藝者將可體會，本發明可使用於許多形式、結構、佈置、比例、材料、元件和組件的修改。因此，本文於此所揭示的實施例應被視為用以說明本發明，而非用以限制本發明。本發明的範圍應由後附申請專利範圍所界定，並涵蓋其合法均等物，並不限於先前的描述。

10．．．鋁金屬基板

50．．．絕緣層

70．．．導電層

90．．．電子組裝結構

100．．．基板

200．．．電子元件

222．．．導線

300．．．層疊鍵結層

310．．．第一鍵結層

320．．．第二鍵結層

330．．．第三鍵結層

333．．．保護層

400．．．孔洞

500．．．絕緣層

510．．．第一絕緣層

520．．．第二絕緣層

550．．．反側絕緣層

600．．．容置空間

700．．．導電層

770．．．反側導電層

800．．．層疊散熱基板

900．．．電子組裝結構

圖1A及1B為習知技術示意圖；

圖2、3A、3B、4、5A、5B及6A為本發明不同實施例示意圖；

圖6B為本發明較佳實施例示意圖；以及

圖6C、7A及7B為本發明不同實施例示意圖。

100．．．基板

200．．．電子元件

222．．．導線

300．．．層疊鍵結層

310．．．第一鍵結層

320．．．第二鍵結層

330．．．第三鍵結層

333．．．保護層

500．．．絕緣層

510．．．第一絕緣層

520．．．第二絕緣層

600．．．容置空間

700．．．導電層

900．．．電子組裝結構

Claims (23)

1. 一種層疊散熱基板，包含：一基板；一層疊鍵結層，設置於該基板上，至少包含：一第一鍵結層，設置於該基板上；以及一第二鍵結層，設置於該第一鍵結層上；以及一第三鍵結層，設置於該第一鍵結層及該第二鍵結層間，其中該第三鍵結層係鎳合金，鎳含量介於90%至100%，磷含量介於0至10%；一絕緣層，設置於該層疊鍵結層上；以及一導電層，設置於該絕緣層上。
2. 如請求項1所述之層疊散熱基板，其中該第一鍵結層含有鋅。
3. 如請求項1所述之層疊散熱基板，其中該基板包含鋁或鋁合金或銅或銅合金。
4. 如請求項1所述之層疊散熱基板，其中該第二鍵結層係銅或銅合金。
5. 如請求項1所述之層疊散熱基板，其中該層疊鍵結層進一步包含一保護層，設置於該絕緣層下，該保護層包含金屬、金屬合金、金屬氧化物或有機化合物。
6. 如請求項5所述之層疊散熱基板，其中該保護層係銅氧化物或鉻氧化物。
7. 如請求項5所述之層疊散熱基板，其中該保護層係含氮、含氧、含磷或含硫之有機化合物。
8. 如請求項5所述之層疊散熱基板，其中該保護層係矽烷類有機 化合物。
9. 如請求項5所述之層疊散熱基板，其中該保護層之材料包含為鎳、鈷、鋅、鉻、鉬、銅、鎳合金、鈷合金、鋅合金、鉻合金、鉬合金、銅合金或其混合物。
10. 如請求項1所述之層疊散熱基板，其中該絕緣層之材料包含為聚醯亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚萘二甲酸樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、有機矽樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、聚醚酮樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、聚醚砜樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯或其混合物。
11. 如請求項1所述之層疊散熱基板，其中該導電層係選自錫、鎳、銀、銅、金、鈀、鈷、鉻、鈦、鉑、鉭、鎢及鉬。
12. 如請求項1所述之層疊散熱基板，進一步包含：一反側絕緣層，設置於該基板相對該層疊鍵結層之另側；以及一反側導電層，設置於該反側絕緣層相對該基板之另側。
13. 如請求項12所述之層疊散熱基板，進一步包含複數個孔洞貫穿該反側絕緣層及該反側導電層。
14. 如請求項12所述之層疊散熱基板，其中該反側絕緣層之材料包含為聚醯亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚萘二甲酸樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、有機矽樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、聚醚酮樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、聚醚砜樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯或其混合物。
15. 一種電子組裝結構，包含：如請求項1所述之層疊散熱基板，其中該絕緣層及該導電層進一步於該層疊鍵結層上圍出一容置空間，該容置空間暴露該層疊鍵結層；以及一電子元件，設置於該容置空間內及該層疊鍵結層上，且與該導電層電連接。
16. 如請求項15所述之電子組裝結構，其中該絕緣層係以層疊或單層方式設置。
17. 如請求項15所述之電子組裝結構，其中該層疊鍵結層進一步包含一保護層，該保護層包含金屬、金屬合金、金屬氧化物或有機化合物。
18. 如請求項15所述之電子組裝結構，其中該層疊鍵結層進一步包含一保護層，設置於該絕緣層下，該保護層包含金屬、金屬合金、金屬氧化物或有機化合物。
19. 如請求項18所述之電子組裝結構，其中該保護層係銅氧化物或鉻氧化物。
20. 如請求項18所述之電子組裝結構，其中該保護層係含氮、含氧、含磷或含硫之有機化合物。
21. 如請求項18所述之電子組裝結構，其中該保護層係矽烷類有機化合物。
22. 如請求項18所述之電子組裝結構，其中該保護層之材料包含為鎳、鈷、鋅、鉻、鉬、銅、鎳合金、鈷合金、鋅合金、鉻合金、鉬合金、銅合金或其混合物。
23. 如請求項15所述之電子組裝結構，其中絕緣層和導電層為層 疊設置。