TWI535509B - 準備電鍍用非鐵金屬基材之方法及電子線路用基材 - Google Patents

Description

準備電鍍用非鐵金屬基材之方法及電子線路用基材

本發明是係指一種以非鐵金屬基材產製集成電路板散熱片的製作法，該製作法包括準備非鐵金屬基材以提供電鍍作業基礎的製作系列過程。

陽極氧化作業是一種電解鋁質基材表面鈍化處理技術，它是使鋁質基材表面上自然形成的氧化層的厚度快速增長的工藝。陽極氧化增強鋁質基材的抗腐蝕性及耐磨性，並提供一層不導電的表面層。

陽極氧化改變金屬基材表面的微結構，使其接近表面的金屬層變質並使其結構晶體化。經陽極氧化處理後的金屬表層具有本質性形成的毛微孔性，因此傳統上必需應用封密技術將它封堵以減少孔隙率。陽極氧化表層比一般的鋁更硬，增厚陽極氧化層同時增強陽極氧化層的硬度，但隨陽極氧化層的增厚，其表層本質性形成的毛微孔則隨之減少甚致自然密封。

以陽極氧化作為鋁質基材的表面處理方法是眾所周知並被普遍運用的工藝。研究証實陽極氧化層是介電材料並適用於電子組裝作業用途。陽極氧化層若過厚，則容易出现斷裂隙。這是因為鋁質基材與陽極氧 化層之間具有極大的熱膨脹係數差異，鋁質基材有高的熱膨脹係數，而延產自其表層的陽極氧化層却為低熱膨脹性物質，這項差異致使易碎的陽極氧化層產生內應力並進而斷裂，陽極氧化層越厚其斷裂的機率就越高。

在加工處理過的或自然形成的鋁及鋁合金陽極氧化層上添加其他電鍍鍍層作業，往往會面對電鍍層附著力差的問題，有時更出现電鍍層與鋁質基材之間的電流透漏問題。這種電鍍層與鋁質基材之間的電流透漏情況將導致所電鍍形成的電子線路，安置其上的電子元件以及鋁質基材之間出現電流短路，而影響整個電子裝配的運作效率。

本發明係指一種連續性的作業工序，其中包括準備非鐵金屬基材的方法，以及再在經陽極氧化處理過的非鐵金屬基材表面上將電子線路澱積鍍成一件整體式電鍍成形集成電路散熱片的製作法。

非鐵金屬基材的表面上經陽極氧化處理後，會形成陽極氧化層。在還没有在此陽極氧化層上進行電鍍之前，必須經過一種使陽極氧化層表面與非鐵金屬基材之間的電氣導電絕緣封堵的工序。其步驟包括把經陽極氧化處理後的非鐵金屬基材置入一種不導電的微粒填充溶液內5至10分鐘，將之取出並將它擦乾。當進行以上封堵工序時最好能使整體基材浸入不導電的微粒填充溶液中。當然所述步驟尚更進一步包括，在乾燥前，利用乾淨、乾燥及不起毛的紡織物或橡膠刮板把殘留在剛取出的陽極氧化層上的填充溶液去除。接著工序，係活化並電鍍該陽極氧化層以製成可用於製造電路的基材。

根據本發明的電鍍成形集成電路散熱片及其製造程序原理，包括一種準備非鐵金屬基材以供電鍍的程序，其包括在非鐵金屬基材上產生或塗上一陽極氧化層。該陽極氧化層具有一可供電鍍的外表面和一與此外表面相對並附著在非鐵金屬基材原本表面上的內表面。在該陽極氧化層上敷或塗以不導電填充微粒，可使在該陽極氧化層的內表面與外表面之間形成一填充區域，而陽極氧化層的外表面與該填補區域間則形成一個未填滿區域。該填充區域內的微粒絕緣物可把上述未填補區域與該鋁質基材之間形成電氣性絕緣隔離。

上述在陽極氧化層上敷或塗上不導電填充微粒層最理想作法步驟，包括提供一種液狀不導電微粒填充溶液並把陽極氧化層浸泡在其中。更為適宜的，該陽極氧化層需浸泡在該不導電微粒填充溶液中至少約5至10分鐘。下一步驟則包括將該陽極氧化層的未填補區域活化並電鍍成適用於製造電子電路的基材。

如依據本發明所提呈的整體式電鍍成形集成電路散熱片原理及程序製造，其包括一個非鐵金屬基材，該基材的原本表面可供產生或塗上一層陽極氧化層。該陽極氧化層具有一個可供電鍍用途的外表面，以及一個與該外表面相對並附著在非鐵金屬基材的原本表面上的內表面。該陽極氧化層具有一個從其外表面延伸至其內表面的厚度。經微粒填充處理工序後，該陽極氧化層將形成由兩個部分組成，包括一層位於陽極氧化層內表面與外表面之間的填充區域以及一層位於陽極氧化層的外表面和該填補區域之間的未填補區域。所述未填補區域係位於陽極氧化層的填補區域的 上層。所述填補區域及未填補區域的厚度均小於陽極氧化層的厚度。

依據本發明的特殊發现，所述的填補區域的厚度必需是小於未填補區域的厚度。該填補區域被含有不導電微粒填充劑加以填充，使其形成一填補區域。相反的，未填補區域，猶如其名，則不填含任何不導電微粒填充劑。所述未填補區域經活化或金屬化處理後，再鍍上導電線路，可製成一個具有良好散熱功能、堅固、附著力高以及耐高溫的整體式電鍍成形集成電路散熱片。

本發明所述之不導電微粒填充區域在所述及之非填補區域與非鐵金屬基材之間形成一層電性絕緣隔離層以阻止非鐵金屬基材與未填補區域間的電流滲漏，以確保所有安裝在未填補區域的電子電路以及電子元件達到最高的運作效率。

[10]‧‧‧整合式電鍍成形集成電路散熱器

[11]‧‧‧非鐵金屬基材

[12]‧‧‧非鐵金屬基材原本表面

[13]‧‧‧陽極氧化層(T1)

[13A]‧‧‧陽極氧化層外表面

[13B]‧‧‧陽極氧化層內表面

[19]‧‧‧電路圖案覆蓋層

[19A]、[19B]、[19C]‧‧‧電路路線空位

[40]‧‧‧陽極氧化層填補區域(T2)

[41]‧‧‧陽極氧化層未填補區域(T3)

[50]‧‧‧電路線

[60]‧‧‧澱積鎳鍍層

[61]‧‧‧銅鍍層

[62]‧‧‧電鍍鎳鍍層

[63]‧‧‧金鍍層

[70]‧‧‧電子元件

[71]‧‧‧電子元件引線接頭

[T1]‧‧‧陽極氧化層總厚度

[T2]‧‧‧填補區域厚度

[T3]‧‧‧未填補區域厚度

第一圖為本創作構造的剖面圖。

第二圖為本創作非鐵金屬基材上產生的陽極氧化層及活化填補區域之剖面視圖。

本發明係為一種將電子線路澱積電鍍在非鐵金屬基材上之陽極氧化層上方的方法。所述非鐵金屬基材以鋁為首選。此外，本發明所用的非鐵金屬基材尚可包括鎂、鈦等等。依慣例，陽極氧化層可經由任何一種常規的陽極氧化技術，形成在非鐵金屬基材表面上。所形成的陽極氧化層具有一個外表面和一個與其相對的內表面，該內表面則附著在非鐵金屬 基材的原本表面上。所形成的陽極氧化層具有本質性的多微孔性。此多微孔的陽極氣化層可利用一種不導電微粒填充劑以半填滿的方式將貫通陽極氧化層內表面與外表面的微洞孔填充，並同時使一未填補區域形成在該陽極氧化層的外表面與該填補區域之間。所應用的填充劑含有不導電微粒固體，故可提供電氣性絕緣隔離並阻止未填補區域與非鐵金屬基材之間的電流滲漏。

陽極氧化層具有本質性的多微孔性，在經過含有不導電微粒填充劑處理後，形成了一層電氣絕緣隔離填補區域。在陽極氧化層內提供了此電氣性絕緣隔離層後，從此電氣性絕緣隔離層上端至陽極氧化層外表面間則形成一個未填補區域。此未填補區域没有被不導電微粒填充劑所填充並且因其底下電氣絕緣隔離填補區域的形成造成了未填補區域與非鐵金屬基材間的電氣性絕緣隔離。

位於陽極氧化層之被填補區域下方就是非鐵金屬基材的原本表面，這使整個非鐵金屬基材基材成為一個散熱器。未填補區域則可經活化或金屬化處理，再鍍上導電線路，以產生用於製造電子線路的基材。

根據本發明的原理，一種準備非鐵金屬基材以供電鍍的程序，包括在非鐵金屬基材的基面上提供一層陽極氧化層，所述陽極氧化層具有一個外表面及一個與其相對並面向非鐵金屬基材之原本表面的內表面。接著，在該陽極氧化層上敷或塗以不導電的微粒填充劑以填補貫通內表面與外表面之間的微洞孔並形成一填補區域，而在位於該陽極氧化層的外表面與該填補區域之間遺留一個未填補區域。所述填補區域是指陽極氧化層被 不導電微粒填充劑填補的部分；相反地，未填補區域則指陽極氧化層未受不導電微粒填充劑填補的部分。陽極氧化層具有本質性的多微孔性，而填充層的特性則是由陽極氧化層的微洞孔被不導電微粒填充劑以非全填滿形式填補後所形成的。所述未填補區域是指其餘不受不導電微粒填充劑填補之陽極氧化層的微洞孔部分。該陽極氧化層被填補之部分可將連接於非鐵金屬基材原本表面的陽極氧化層密封，並將該陽極氧化層未填補之部分與非鐵金屬基材間電氣絕緣隔離，以避免未填補區域與非鐵金屬基材間的電流滲漏。

首先，使用任何一種常規並眾所周知的陽極氧化技術，在非鐵金屬基材上形成一層陽極氧化層。所形成的陽極氧化層之理想厚度為約40至80微米。在所形成的陽極氧化層上敷或塗以不導電的微粒填充劑以填補該陽極氧化層本質性的微洞孔，進而在該陽極氧化層內形成一填補區域。該填補區域下方是一具有散熱作用的非鐵金屬基材的表面，而該陽極氧化層上其餘未被填補的部分則可應用為被電鍍成為製造電子線路的基材。

根據本發明原理，在陽極氧化層上敷或塗以不導電的微粒填充劑的作業方法包括以下步驟：準備一種含不導電微粒填充劑溶液，接著，把所準備好的填充溶液塗在陽極氧化層上以形成一可讓陽極氧化層與非鐵金屬基材之間電氣性絕緣隔離的填補區域。經填補後的陽極氧化層可經由活化或金屬化處理，以供電鍍電路。

本發明所提及的微粒填充劑是一種溶液填充劑。本發明選用 的填充劑溶液係以一種包含兩種成份混合而成的塗料，它是以兩份容量的2K漆料〈例如Nexa牌編號2K P190-625的漆料〉與一份容量的硬化劑〈例如Nexa牌編號2K P210-926的硬化劑〉配合約0.5份容量的稀釋劑〈例如Nexa牌編號2K P850-1493的稀釋劑〉調合而成。將陽極氧化層與非鐵金屬基材間電氣性絕緣隔離的步驟是在填充溶液內進行的。更佳的方式是將經陽極氧化處理後的非鐵金屬基材浸入相關的填充溶液內。經陽極氧化處理後的非鐵金屬基材，需持續地被浸入填充溶液內以使該填充溶液有足夠的時間滲透入該陽極氧化層，而該填充溶液則填補位於陽極氧化層的外表面以及與非鐵金屬基材原本表面連接之內表面之間的厚度的一部分，即是前文所述的陽極氧化層的內表面與外表面間的填補區域，並且在位於外表面與填補區域之間留下一個未受填充劑填補的部分。所形成的填補區域將陽極氧化層密封，進而電氣性地隔離並阻止所述未填補區域與鋁質基材間的電流滲漏。

根據本發明的實施例，經陽極氧化處理後的非鐵金屬基材需至少持續浸泡在填充溶液內約5至10分鐘。持續浸泡時間可確保填充溶液有足夠的時間滲透入陽極氧化層，並形成本發明所提及的位於陽極氧化層內的填補區域及未填補區域。當經陽極氧化處理後的非鐵金屬基材持續浸泡在填充溶液中，浸泡時問必需足夠讓填充溶液滲入陽極氧化層，並形成本發明所提及的位於陽極氧化層內的填補區域及未填補區域，續後作法包括將陽極氧化層及其非鐵金屬基材一起自填充溶液內取出並加以乾燥，理想作法是讓浸泡後附有填充溶液的陽極氧化層在室溫下風乾約30至90分 鐘，以使不導電微粒填充劑澱積在陽極氧化層內，進而形成如本發明所述及之陽極氧化層內的填充區域。在將陽極氧化層自填充溶液內取出與使其在室溫下風乾的時段間必需進行特別工序處理，其作法是將殘留的填充溶液從陽極氧化層上去除。這除去殘留的填充溶液方法可以擦拭方式用清潔乾燥不起毛的紡織物抹乾，或以橡膠刮板將它刮除。

隨著作業是將經以上工序處理過的附有填充區域的陽極氧化層聯同非鐵金屬基材形成一可用於製造電子線路的基材。其方法是將陽極氧化層的未填充區域，亦即位於陽極氧化層上未受不導電填充劑填補的部分，使其接受活化或金屬化處理。經活化或金屬化處理後的陽極氧化層的未填充區域就可接受電鍍。陽極氧化層之未填補區域可視為本發明的電鍍區域。

上述陽極氧化層之未填補區域可按照慣例使用市面上採購得到的鈀活化劑以進行活化或金屬化處理，活化或金屬化處理後的陽極氧化層之未填補區域就可進行電鍍處理工序。陽極氧化層之未填補區域經活化或金屬化處理後係具有活性，形成一活化區域。

在未活化或金屬化未填補區域之前，應用覆蓋漆在此未填補區域上選擇性的以網印技術覆蓋印下所須的電路圖案，然後才將未受掩蓋保護的預定電路圖案進行活化或金屬化，接著再將該已活化的電路圖案未填補區域進行電鍍以形成導電線路。

依據本發明的首選實施例，在所述已活化後的電路圖案未填補區域上必需先應用澱積法鍍上一層鎳，再於澱積鎳層上電鍍上一層銅並 接著在鍍銅上再電鍍上一層鎳，最後在鎳層上電鍍上一層金。或如有所需，可在鍍在銅上的鎳鍍層上鍍上銀、錫、或其他可代替金的金屬。也可依據情況所需，該電路圖可在上述鍍銅工序後就完成。

以上所述電鍍作業程序可在常規並符合傳統電鍍技術的金屬電鍍液內以單一或組合式的電鍍層進行。

請參閱第一圖，其係為一精簡化的剖面視圖用於展示基於以上所述的論點與製造工序所製作完成的整體式電鍍成形集成電路散熱器[10]，其包括非鐵金屬基材[11]，而在該非鐵金屬基材的基層表面[12]上形成有一層陽極氧化層[13]，該陽極氧化層[13]具有一外表面[13A]及與該外表面[13A]相對且附著在非鐵金屬基材的基層原本表面[12]上的內表面[13B]。不導電微粒填充劑是敷或塗在陽極氧化層[13]的外表面[13A]上，在經敷或塗上不導電微粒填充劑的外表面[13A]上以一個預定的電路圖案覆蓋層[19]加以覆蓋保護並留下預先設定的電路路線空位[19A]、[19B]和[19C]。該預留電路空位[19A]、[19B]和[19C]是預留在填補區域[40]及未填補區域[41]上。

陽極氧化層[13]本質性的具多微孔性。第二圖為一簡化的立體垂直剖面視圖，其用於各別揭示本發明理論所述及包括非鐵金屬基材[11]，在該非鐵金屬基材的基層表面[12]上形成的陽極氧化層[13]，填補區域[40]及未填補區域[41]。

如第二圖所示，為本創作非鐵金屬基材上產生的陽極氧化層及活化填補區域之剖面視圖。形成於非鐵金屬基材[11]基面[12]上的陽極氧 化層[13]具有一從外表面[13A]延伸至內表面[13B]的厚度[T1]。填補區域[40]是於非鐵金屬基材[11]基面[12]上之陽極氧化層[13]的內表面[13B]與外表面[13A]間形成，並在此填補區域[40]至陽極氧化層[13]外表面[13A]間留成未填補區域[41]。每一填補區域[40]是位在陽極氧化層[13]的內表面[13B]與未填補區域[41]之間。未填補區域[41]則是形成在填補區域[40]與陽極氧化層[13]的外表面[13A]之間。所述填補區域[40]的厚度[T2]約是陽極氧化層厚度[T1]的30%，而所述未填補區域[41]的厚度[T3]則約佔陽極氧化層厚度[T1]的70%。所述填補區域[40]的厚度[T2]以及未填補區域[41]的厚度[T3]視情況所需則可加以調整。所述厚度[T2]是指陽極氧化層[13]總厚度[T1]下層部分的填補區域厚度，而厚度[T3]則是位於其上方末填補區域部分的厚度。

填補區域[40]封密陽極氧化層[13]並提供陽極氧化層的未填補區域[41]與非鐵金屬基材基面[12]之間的電氣性絕緣隔離，進而避免所述兩層之間的電流滲漏。每個未填補區域以鈀活化劑而加以金屬化，而經金屬化的未填補區域，則在預留電路線範圍[19A]、[19B]以及[19C]鍍以導電線路[50]。所述導電線路[50]構成電鍍電路的一部分。

依據上述工序，電路線[50]是包括在經金屬活化的未填補區域[41]上用澱積法鍍上一層澱積鎳[60]後再於此鎳[60]層上電鍍上一層銅[61]，接著再於此銅[61]層上再電鍍上一層鎳[62]，並最後在鎳鍍層[62]上鍍上一層金鍍層[63]所完成的。電子元件[70]係安置在電路線[50]上線路範圍[19B]的金鍍層[63]上，而電子元件[70]的各個引線接頭[71]則個別焊接到電 路線[50]上路範圍[19A]與[19B]接觸點的金鍍層[63]上。

此依照本發明理論及工序製成的整體式電鍍成形集成電路散熱器[10]具有良好的散熱功能，填補區域[40]內的不導電微粒填充劑的填充工序在非鐵金屬基材[11]與未填補區域[41]及陽極氧化層[13]的外表面[13A]之間提供了電氣絕緣隔離功能，成功阻止未填補區域[41]的外表面[13A]與基材[11]之間的電流滲漏，從而確保在未填補區域[41]上積成的電路與安裝於電路上的電子元件能發揮其最高運作效率。

依據本發明理論製成的整體式電鍍成形集成電路散熱器[10]不僅具有良好的散熱功能，尚具備以下優點，如堅固的構造、附著力高以及耐高溫。在一項跌落試驗(Drop Test)中，一件依照本發明理論及工序製成的體積3×3×0.125英寸的整體式電鍍成形集成電路散熱器[10]被証實能承受自七呎高的高度往水泥地面重複跌落十回的測試並不使它造成任何損壞。另外，在一項附著力撕裂實驗(Delamination Pull Test)中，將粘貼膠帶壓貼在整體式電鍍成形集成電路散熱器[10]的鍍成電路面層上，再以往45度角度方位將粘貼膠帶自鍍成電路面層上用力拉扯撕離，結果是沒有產生任何分離脫落现像。繼著，將整體式電鍍成形集成電路散熱器[10]置入約攝氏260度的烤箱約20-40秒後，再進行上述的跌落和撕裂實驗，試驗結果確認高溫對以本發明理論為依據所提工序所產製的整體式電鍍成形集成電路散熱器是不起任何影響。

本發明說明書內所闡述的製造工序及生產方法可提供一項低成本、非傳統的供電子組裝用途使用的整體式集成電子電路板和散熱器。 所闡述的製作方法可施用在非鐵金屬基材的單面、背面或多平面上。

本發明是依照最佳實施例作說明。但對此發明所發表涵盖的各別工序及各別應用工藝的富經驗施工技藝者，應充許在不乖離本理論提案論點與範圍下作出各種適當調整以配合其用途需求。

以上所描述工藝及所例舉實施例用以說明本提案論點，並非用以局限本提案之範圍，其本意是包含所有適用範圍。舉凡針對本提案論述的工序及工藝從事各項調整、修改或變化，均屬本案申請專利範圍。

[10]‧‧‧整合式電鍍成形集成電路散熱器

[11]‧‧‧非鐵金屬基材

[12]‧‧‧非鐵金屬基材原本表面

[13]‧‧‧陽極氧化層(T1)

[13A]‧‧‧陽極氧化層外表面

[13B]‧‧‧陽極氧化層內表面

[19]‧‧‧電路圖案覆蓋層

[19A]、[19B]、[19C]‧‧‧電路路線空位

[40]‧‧‧陽極氧化層填補區域(T2)

[41]‧‧‧陽極氧化層未填補區域(T3)

[50]‧‧‧電路線

[60]‧‧‧澱積鎳鍍層

[61]‧‧‧銅鍍層

[62]‧‧‧電鍍鎳鍍層

[63]‧‧‧金鍍層

[70]‧‧‧電子元件

[71]‧‧‧電子元件引線接頭

Claims (10)

1. 一種準備電鍍用非鐵金屬基材之方法，包括下列步驟：在一非鐵金屬基材上提供一層陽極氧化層，該陽極氧化層具一外表面和與該外表面相對並面向該非鐵金屬基材基面的一內表面；在該陽極氧化層上敷或塗以一不導電微粒填充劑，以在該陽極氧化層內形成一填補區域及一未填補區域，該填補區域係位於該非鐵金屬基材之該陽極氧化層內表面與及該未填補區域之間，而該未填補區域係位於該填補區域與該陽極氧化層外表面之間，該填補區域係充填有該不導電微粒填充劑，且該未填補區域係未充填有該不導電微粒填充劑；以及讓該陽極氧化層之該填補區域將該陽極氧化層之該未填補區域與該非鐵金屬基材電氣性絕緣隔離，以阻止該陽極氧化層之該未填補區域與該非鐵金屬基材之間的電流滲漏。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該陽極氧化層上敷或塗以該不導電微粒填充劑的步驟，係包括提供一不導電微粒填充溶液並將該不導電微粒填充溶液敷或塗在該陽極氧化層上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中在該陽極氧化層上敷或塗以該不導電微粒填充溶液的步驟，更進一步包括以下步驟：將該陽極氧化層浸泡在所提供之該不導電微粒填充溶液中。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中將該陽極氧化層浸泡在所提供之該不導電微粒填充溶液中的步驟，更進一步包括以下步驟：將陽極氧化層浸泡在該不導電微粒填充溶液內至少約5至10分鐘。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更進一步包括以下步驟：將該未填 補區域活化。
6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，更進一步包括以下步驟：在已被活化的該未填補區域上提供電鍍。
7. 一種電子線路用基材，係根據申請專利範圍第6項所製造。
8. 一種電子線路用基材，其包括：一非鐵金屬基材；一層陽極氧化層，位於該非鐵金屬基材上，該陽極氧化層具有一外表面、與該外表面相對並面向該非鐵金屬基材基面的一內表面、一填補區域及一未填補區域；其中該填補區域係該非鐵金屬基材之該陽極氧化層內表面與及該未填補區域之間；該未填補區域係位於該填補區域與該陽極氧化層外表面之間；該填補區域係充填有該不導電微粒填充劑；該未填補區域係未充填有該不導電微粒填充劑；且讓該陽極氧化層之該填補區域將該陽極氧化層之該未填補區域與該非鐵金屬基材電氣性絕緣隔離，以阻止該陽極氧化層之該未填補區域與該非鐵金屬基材之間的電流滲漏。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電子線路用基材，其中該未填補區域係被活化。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電子線路用基材，其中該未填補區域係透過電鍍而被活化。