TWI636719B - 結合金屬與陶瓷基板的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種結合金屬與陶瓷基板的製造方法，包括下列步驟：提供一陶瓷基 板；提供一金屬載板；金屬載板經一機械加工形成一線路段，線路段包含間隔的複數凹槽線路及連接各凹槽線路的複數連接段；將金屬載板的一表面形成一氧化層；將形成氧化層的金屬載板貼合陶瓷基板表面，並經高溫共燒以接合成一金屬陶瓷複合基材；以及清除該些連接段，以形成線路段。藉此，解決高溫燒結產生不規則板翹、彎曲的問題。

Description

結合金屬與陶瓷基板的製造方法

本發明是有關一種製造方法，尤指一種結合金屬與陶瓷基板的製造方法。

隨著功率元件逐漸縮小單體尺寸以及提升功率下，為達到高散熱性能對於銅層厚度要求逐漸提高。相同的微小化設計下對於微小化的線距要求也越來越高。因此如何達到高厚度銅層以及較小線距的基板變得相當重要。

如圖1所示，為習知結合金屬與陶瓷基板的流程方塊圖。現有複合基板的製造方法之步驟包括：步驟a，提供一陶瓷基板；步驟b，提供形成有一氧化層的一金屬載板；步驟c，將形成有該氧化層的該金屬載板貼附該陶瓷基板的一表面並進行高溫燒結，使兩者結合為一複合基板；以及步驟d，蝕刻該金屬載板的另一表面，使該金屬載板與該氧化層形成複數線路，如此使上述複合基板作為例如微小化高效能功率模組的主要散熱基板，並作為線路的導通使用。

然而上述的製造方法中，由於陶瓷基板與金屬載板彼此的熱膨脹係數(Coefficient of thermal expansion；CTE)差異大(若金屬載板為銅片， CTE為16.5；陶瓷基板的CTE則為3)。當經過上述步驟c時，金屬載板容易產生熱變形的內應力，進一步地在步驟d製作線路時，複合基板會產生不規則的板翹、彎曲等基板品質異常的問題。再者，若所述銅片厚度過高的情況下，於蝕刻製成程時銅厚與線距依舊被限制在1：1，因此製程上會隨著銅厚越厚之關係導致線距隨之越大，因此無法製作較小的線距，無法滿足市場需求。

有鑒於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人改良之目標。

本發明目的之一，在於提供一種解決高溫燒結產生不規則板翹、彎曲問題的結合金屬與陶瓷基板的製造方法。

為達上述目的，本發明提供一種結合金屬與陶瓷基板的製造方法，包括下列步驟：提供一陶瓷基板；提供一金屬載板；金屬載板經一機械加工形成一線路段，線路段包含間隔的複數凹槽線路及連接各凹槽線路的複數連接段；將金屬載板的一表面形成一氧化層；將形成氧化層的金屬載板貼合陶瓷基板，並經高溫共燒以接合成一金屬陶瓷複合基材；以及清除該些連接段，以形成線路段。

在清除該些連接段的方式中包含以該機械加工或蝕刻方式清除，其中機械加工製成或清除該些連接段的方法包含洗削、放電加工、沖壓、裁切、磨削或刨削。機械加工製成該些線路的線距係介於0.15至0.3公釐，且該些凹槽線路的內壁面具有平整的切削痕跡。此製程所使用的金屬載板(銅片)厚度 可達介於0.15至1公釐。也就是說，此製程的金屬載板厚度與線距比，最大可達1比0.2(即1公釐的銅片厚度比0.2公釐的線距)。

在一較佳實施例中，將金屬載板的表面形成一氧化層的步驟中，係在不具有該些連接段的金屬載板的表面上形成，其中該些凹槽線路底端的該些連接段並未形成氧化層。也就是說，各連接段是相對位於陶瓷基板的上端。

在另一不同的實施例中，將金屬載板的表面形成一氧化層的步驟中，係在具有該些連接段的金屬載板的表面上形成。也就是說，各連接段是間隔著氧化層而分別間接接觸陶瓷基板的表面。不論各連接段位於金屬載板的上端或下端，各凹槽線路的內壁面均具有平整的切削痕跡。

由於陶瓷基板與金屬載板係經機械加工製成具有該些凹槽線路的該些連接段，即使經過高溫共燒以接合成金屬陶瓷複合基材，金屬載板可能產生的熱變形內應力也能夠有效透過該些凹槽線路的線距釋放其內應力或膨脹抵消，而大幅降低或解決不規則板翹、彎曲或其他金屬陶瓷複合基材品質不佳等問題。

100‧‧‧陶瓷基板

110‧‧‧金屬載板

120‧‧‧線路段

122‧‧‧凹槽線路

124‧‧‧連接段

130‧‧‧切削痕跡

140‧‧‧氧化層

150‧‧‧金屬陶瓷複合基材

160~210‧‧‧步驟

圖1為繪示習知結合金屬與陶瓷基板的流程方塊圖。

圖2A-2E為繪示本發明結合金屬與陶瓷基板的製造方法的結構剖視圖。

圖3為繪示本發明結合金屬與陶瓷基板的製造方法的流程方塊圖。

圖4A-4C為繪示本發明另一結合金屬與陶瓷基板的製造方法的結構剖視圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

如圖2A至2E及圖3所示，本發明提供一種結合金屬與陶瓷基板的製造方法，包括下列步驟：步驟160，提供一陶瓷基板100；步驟170，提供一金屬載板110；步驟180，該金屬載板110經一機械加工形成一線路段120，該線路段120包含間隔的複數凹槽線路122及連接各該凹槽線路122的複數連接段124；步驟190，將金屬載板110的一表面形成一氧化層140；步驟200，將形成該氧化層140的該金屬載板110貼合陶瓷基板100表面，並經高溫共燒以接合成一金屬陶瓷複合基材150；以及步驟210，清除該些連接段120，以形成該線路段120。

在步驟210中，清除線路段120的該些連接段124的方式包含以機械加工或蝕刻方式清除。此外，在步驟180中，以機械加工製成該些連接段124的方法，或是在步驟210中的清除該些連接段124的方法同樣包含洗削、放電加工、沖壓、裁切、磨削、刨削、噴砂、雷射或其他適合方式，並不限定。機械加工製成該些線路130的線距較佳可介於0.15至0.3公釐，且該些凹槽線路122的內壁面具有平整的切削痕跡。此製程所使用的金屬載板(銅片)厚度可達介於0.15至1公釐。也就是說，此製程的金屬載板厚度與線距比，最大可達1比0.2(即1公釐的銅片厚度比0.2公釐的線距)。

在如圖2A至圖2E的實施例中，在此所述的金屬載板110的材料較佳包含銅片或其合金。在本具體實施例中，將金屬載板110的表面形成一氧化層的步驟190中，較佳係以在不具有該些連接段124的金屬載板110的表面上形成，其中該些凹槽線路122底端的該些連接段124並未形成氧化層140。也就是說，暴露各線距(圖略)的各連接段124並未形成氧化層140，故當在清除各連接段124的步驟210中，並不需要進一步清除氧化層140，而使本實施例具有省時、省工的優點。

此外，線路段120的各凹槽線路122彼此間隔的佈設於金屬載板110上，且各連接段124分別位於各凹槽線路120的底端。在本實施例中，各連接段124較佳分別位於相對陶瓷基板100上方，並以上述的機械加工方式清除即可完成線路段120。

然而在如圖4A至圖4C所示的實施例中，將金屬載板110的表面形成一氧化層的步驟190中，亦可在具有該些連接段124的金屬載板110的表面上形成，也就是以具有該些連接段124的金屬載板110表面貼合陶瓷基板100的表面。因此在本實施例中，步驟210中，清除該些連接段124，則可形成/完成線路段120。

在本實施例中，各連接段124較佳間隔著氧化層140而分別間接接觸陶瓷基板100的表面，故須深入各凹槽線路124並以上述的機械加工方式清除即可完成線路段120。然而不論各連接段124位於金屬載板110的上端或下端，各凹槽線路124的內壁面均具有平整的切削痕跡130。

在此須說明的是，由於陶瓷基板100與金屬載板110係經機械加工製成具有該些凹槽線路122及的該些連接段124(即線路段120)，即使經過步驟 200的高溫共燒以接合成金屬陶瓷複合基材150，金屬載板110可能產生的熱變形內應力也能夠有效透過該些凹槽線路122的線距釋放其內應力或膨脹抵消，而大幅降低或解決不規則板翹、彎曲或其他金屬陶瓷複合基材150品質不佳等問題。

綜上所述，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。

Claims (7)

1. 一種結合金屬與陶瓷基板的製造方法，包括下列步驟：提供一陶瓷基板；提供一金屬載板；該金屬載板經一機械加工形成一線路段，該線路段包含間隔的複數凹槽線路及連接各該凹槽線路的複數連接段；將該金屬載板的一表面形成一氧化層；將形成該氧化層的該金屬載板貼合該陶瓷基板表面，並經高溫共燒以接合成一金屬陶瓷複合基材；以及清除該些連接段，以形成該線路段，其中該機械加工製成或清除該些連接段的方法包含洗削、放電加工、沖壓、裁切、噴砂、雷射或刨削，且以該機械加工製成該些線路段的線距係介於0.15至0.3公釐之間。
2. 如請求項1所述的結合金屬與陶瓷基板的製造方法，其中將該金屬載板的該表面形成一氧化層的步驟中，係在不具有該些連接段的該金屬載板的該表面上形成。
3. 如請求項2所述的結合金屬與陶瓷基板的製造方法，其中該些凹槽線路底端的該些連接段上並未形成該氧化層。
4. 如請求項1所述的結合金屬與陶瓷基板的製造方法，其中將該金屬載板的該表面形成一氧化層的步驟中，係在具有該些連接段的該金屬載板的該表面上形成。
5. 如請求項1所述的結合金屬與陶瓷基板的製造方法，其中該些凹槽線路彼此間隔的佈設於該金屬載板上，且各該連接段分別位於各該凹槽線路的底端。
6. 如請求項1所述的結合金屬與陶瓷基板的製造方法，其中該金屬載板的材料包含銅片或其合金。
7. 如請求項1所述的結合金屬與陶瓷基板的製造方法，其中該些凹槽線路的內壁面具有平整的切削痕跡。