TWI688118B - 金屬陶瓷複合料帶結構及其製造方法與使用其之發光二極體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種金屬陶瓷複合料帶結構及其製造方法與使用其之發光二極體。本發明之金屬陶瓷複合料帶結構包含一基板，該基板係包含有一金屬基層、以及設置於該金屬基層外側的陶瓷層，該基板上係具有複數個經由該基板加工形成並與該基板一體成形的晶片乘載座。

Description

金屬陶瓷複合料帶結構及其製造方法與使用其之發光二極體
本發明提供一種導線架之料帶結構，特別是金屬陶瓷複合料帶結構，可用於製備發光二極體。
現今的發光二極體散熱基板包含印刷電路板(PCB)、金屬基印刷電路板(Metal Core PCB；MCPCB)及陶瓷基板(Ceramic Substrate)。其中，印刷電路板為最早使用的基板。
目前，市場上大宗的散熱基板主要為金屬基印刷電路板(MCPCB)，其係一種有具金屬作為核心基板的印刷電路板，主要係將印刷電路板貼附在一金屬基層上，以利用金屬(鋁或銅)加強導熱及快速散熱；常見的單面鋁基板結構為銅箔、絕緣層及鋁板。然而，金屬基印刷電路板(MCPCB)之絕緣層為樹脂絕緣層，因此在使用時仍有溫度上的限制(一般為140℃)，於製造過程或使用時，反覆的高溫往往會造成絕緣層龜裂及剝離。
近期，為改善散熱及絕緣層龜裂問題，發展出使用陶瓷作為核心基板。陶瓷在高溫及高濕度時，性能穩定，耐熱性及熱傳導性也較高，因此係一種良好的散熱材料目前，而陶瓷基 板在金屬線路佈置時，包含有低溫共燒結陶瓷(Low-Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)、高溫共燒結陶瓷(High-Temperature Co-fired Ceramic，HTCC)、直接覆銅基板(Direct Plate Copper，DPC)及直接接合銅基板(Direct Bonded Copper，DPC)。
然而，本發明者發現雖然陶瓷可改善散熱性及無需使用環氧樹脂絕緣層等問題，但卻存有熔點及硬度過高的狀況，並限制了核心基板的機械加工性，且陶瓷作為核心基板在物料及生產上有製造成本較高之問題。另外，無論是金屬基印刷電路板或是陶瓷基板等作為發光二極體之導線支架時，在發光二極體製程中都需額外設置晶片乘載座的杯體(或稱檔牆、璧、燈杯)，即增加製程的程序，例如常見的技術手段為使用環氧樹脂作為黏著劑將杯體黏著於核心基板上。
為解決上述之問題，本發明提供一種金屬陶瓷複合料帶結構，包含一基板，該基板係包含有一金屬基層、以及設置於該金屬基層外側的陶瓷層，該基板上係具有複數個經由該基板加工形成並與該基板一體成形的晶片乘載座。
進一步地，該基板係經由加工形成複數個圍繞於該晶片乘載座周側的縫隙，並於該縫隙之間具有連接該晶片乘載座及該基板之間的連接單元。
進一步地，該晶片乘載座為經由沖壓形成的封閉突起單元。
進一步地，該晶片乘載座上具有一或複數個貫孔、以及一或複數個分別設置於該貫孔的導接單元。
進一步地，該晶片乘載座的陶瓷層上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路。
本發明另提供一種金屬陶瓷複合料帶之製造方法，其包含有：提供一金屬基層；於該金屬基層表面形成陶瓷層；沖壓該金屬基層形成陣列式突起單元，並於該陣列式突起單元之間分別包圍並形成複數個供填膠的封閉空間，以構成複數個晶片乘載座。
進一步地，包含將該金屬基層依據陣列切割複數個縫隙，並保留一或複數個連接單元，以使該金屬基層支持該晶片承載座。
進一步地，該晶片乘載座係具有一或複數個貫孔，其中該貫孔的內側係設置有一陶瓷層包覆該貫孔內周側的壁面，並有一或複數個分別設置於該貫孔上的導接單元。
進一步地，該晶片乘載座的陶瓷層上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路。
本發明另提供一種發光二極體，其係包含如上所述之金屬陶瓷複合料帶結構所獲得之發光二極體。
是以，本發明比起習知技術具有以下優異效果：
1.本發明之一種金屬陶瓷複合料帶結構及其製造方法，不同於習知之金屬基印刷電路板或是陶瓷基板在發光二極體 製程中，須使用黏著劑(例如環氧樹脂黏著劑)等設置杯體(或稱檔牆、璧、燈杯)形成晶片乘載座，而係經一體成形沖壓得到封閉突起結構形成晶片乘載座，即減少製程程序降低生產成本，且不會有黏著劑等固化塑料而有反覆高溫黃化及脆化等問題，造成杯體脫離基板。
2.本發明之金屬陶瓷複合料帶結構及其製造方法，係使用金屬基層作為核心基板，不同於使用陶瓷作為核心基板，即減少原料成本，且金屬基層作為核心基板時在加工上具有較佳的機械強度及散熱性等優勢。
3.本發明之發光二極體料帶結構可用於封裝水平結構晶片、垂直式晶片、或覆晶結構晶片之發光二極體，無結構上之限制。
1‧‧‧料帶結構
1’‧‧‧經封裝之料帶結構
2‧‧‧料帶結構
2’‧‧‧經封裝之料帶結構
5‧‧‧基板
7‧‧‧金屬基層
9‧‧‧陶瓷層
11‧‧‧晶片乘載座
13‧‧‧縫隙
15‧‧‧連接單元
17‧‧‧突起單元
18‧‧‧線路
19‧‧‧導接單元
20‧‧‧貫孔
23‧‧‧晶片
24‧‧‧封裝膠
25‧‧‧發光二極體
27‧‧‧發光二極體
圖1，本發明之第一具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構示意圖：(a)斜側視圖，(b)剖面圖。
圖2，本發明之第一具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構之製造方法的剖面流程圖。
圖3，本發明之第一具體實施態樣發光二極體之製造方法的剖面流程圖。
圖4，本發明之第一具體實施態樣發光二極體示意圖：(a)經封裝之金屬陶瓷複合料帶結構斜側視圖，(b)發光二極體斜側視圖。
圖5，本發明之第二具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構的斜側視圖。
圖6，本發明之第二具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構之製造方法示意圖：(a)斜側視流程圖，(b)俯視流程圖，(c)剖面流程圖。
圖7，本發明之第二具體實施態樣發光二極體之製造方法的示意圖：(a)斜側視流程圖，(b)俯視流程圖，(c)剖面流程圖。
圖8，本發明之第二具體實施態樣發光二極體示意圖：(a)經封裝之金屬陶瓷複合料帶結構斜側視圖，(b)發光二極體斜側視圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例、數量及形狀未必照實際的比例、數量及形狀繪製，該等圖式及其比例、數量及形狀並非用以限制本發明之範圍，在此先行敘明。
本發明係提供一種金屬陶瓷複合料帶結構及其製造方法，以及使用其所製備之發光二極體。
本發明之金屬陶瓷複合料帶結構，包含一基板，該基板係包含有一金屬基層、以及設置於該金屬基層外側的陶瓷層，該基板上係具有複數個經由該基板加工形成並與該基板一體成形的晶片乘載座。
本發明之一種金屬陶瓷複合料帶之製造方法，其包含有：提供一金屬基層；於該金屬基層表面形成陶瓷層；沖壓該金屬基層形成陣列式突起單元，並於該陣列式突起單元之間分別包圍並形成複數個供填膠的封閉空間，以構成複數個晶片乘載座。
其中，該晶片乘載座內設有導接手段，可用以使晶片導接連結晶片乘載座以外之訊號，即導接後發光。所述的導接手段可為該晶片乘載座上具有一或複數個貫孔、以及一或複數個分別設置於該貫孔的導接單元，或該晶片乘載座的陶瓷層上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路。
本發明所述的「金屬基層」可為銅、鋁、銅合金或鋁合金，例如該銅合金包含銅鋅合金、銅錫合金、銅鋁合金、銅矽合金或銅鎳合金等，且不限於此等；該鋁合金包含鋁矽合金、鋁鎂矽合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁錳合金、鋁鋅合金或鋁鋰合金，但且不限於此等，且以鋁、鋁合金、銅或銅合金為較佳。
本發明所述的「陶瓷層」可為通用之陶瓷材料，其包含各種金屬氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、矽化物或其等之組合，實例如碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3N4)、氮化鋁(AIN)、氧化鋁(Al2O3)、碳化鈦(TiC)、硼化鈦(TiB2)或碳化硼(B4C)等，且不限於此等，且以氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(Si3N4)、氮化鋁(AIN)為較佳，因此三者具有良好的導熱率且熱膨脹係數小。陶瓷層之形成方法可為通用之陶瓷及金屬複合方法，包含塗覆、陽極氧化、微弧氧化、電漿電解氧化、磁控濺射或溶膠凝膠方法，且不限於此等。 陶瓷層之厚度為10μm~900μm，且以20μm~200μm為較佳，30μm~50μm為更佳，介於此厚度之陶瓷層較不易碎裂且具有可撓性，能承受加工時基板沖壓的力量。此外，陶瓷層可經過鏡片處理，具有反射性。
本發明所述的「導接單元」及「金屬線路」可為任意之導電材料，其包含金屬、合金或複合金屬等，例如銀、銅、金、鋁、鈉、鉬、鎢、鋅、鎳、鐵、鉑、錫、鉛、銀銅、鎘銅、鉻銅、鈹銅、鋯銅、鋁鎂矽、鋁鎂、鋁鎂鐵、鋁鋯、鐵鉻鋁合金、碳化矽、石墨等，且不限於此等。
以下係針對本發明的第一具體實施態樣進行說明，請先參閱「圖1」、「圖2」、「圖3」及「圖4」；本實施態樣中，導接手段是以「晶片乘載座係以具有一或複數個貫孔、以及一或複數個分別設置於該貫孔的導接單元」為示例，但該導接手段亦可為「晶片乘載座的陶瓷層上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路」，即不受圖式示例所侷限。
「圖1(a)」及「圖1(b)」係分別為本發明之第一具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構的斜側視圖及剖面圖。本實施態樣之金屬陶瓷複合料帶結構1包含一基板5，該基板5係包含有一金屬基層7、以及設置於該金屬基層外側的陶瓷層9，該基板5上係具有複數個經由該基板加工形成並與該基板一體成形的晶片乘載座11。
「圖2」為本發明之第一具體實施態樣金屬陶瓷複合 料帶結構之製造方法的剖面流程圖。本實施態樣之金屬陶瓷複合料帶之製造方法，其包含有：步驟一、提供一金屬基層7；步驟二、於該金屬基層7表面形成陶瓷層9；步驟三、沖壓該金屬基層7形成陣列式突起單元17，並於該陣列式突起單元之間分別包圍並形成複數個供填膠的封閉空間，以構成複數個晶片乘載座11。其中，所述的步驟二及步驟三之順序可置換，不受侷限。
所述的該晶片乘載座11係具有一或複數個貫孔20，其中該貫孔20的內側係設置有一陶瓷層9包覆該貫孔內周側的壁面，並有一或複數個分別設置於該貫孔上的導接單元19。另外，所述的晶片乘載座11亦可置換成該晶片乘載座11的陶瓷層9上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路。且，所述的導接單元19或所述的金屬線路可為所述的步驟二、或步驟三之後設置於該晶片乘載座11，不受侷限。
「圖3」為本發明之第一具體實施態樣發光二極體之製造方法的剖面流程圖，「圖4(a)」及「圖4(b)」分別為本發明之第一具體實施態樣經封裝之金屬陶瓷複合料帶結構及發光二極體的斜側視圖。如「圖3」所示，本實施態樣之發光二極體，係使用本發明之第一具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構1，於該晶片乘載座11內設置晶片23及線路18，經封裝膠24封裝後，再進行分割所獲得。「圖4(a)」是前述經封裝後之金屬陶瓷複合料帶結構1’，其具有複數個未分割的發光二極體25，「圖4(b)」是將該封裝後之金屬陶瓷複合料帶結構1’進行分割後所獲得之一發光二極體25。
以下係針對本發明的第二具體實施態樣進行說明，請先參閱「圖5」、「圖6」、「圖7」及「圖8」；本實施態樣中，導接手段是以「晶片乘載座係以具有一或複數個貫孔、以及一或複數個分別設置於該貫孔的導接單元」為示例，但該導接手段亦可為「晶片乘載座的陶瓷層上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路」，即不受圖式示例所侷限。
「圖5」為本發明之第二具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構的斜側視圖。本實施態樣之金屬陶瓷複合料帶結構2包含一基板5，該基板5係包含有一金屬基層、以及設置於該金屬基層外側的陶瓷層所構成，該基板5上係具有複數個經由該基板加工形成並與該基板一體成形的晶片乘載座11；其中，該「加工」還包含將該基板5係經由加工形成複數個圍繞於該晶片乘載座11周側的縫隙13，並於該縫隙13之間具有連接該晶片乘載座11及該基板5之間的連接單元15。
「圖6(a)」、「圖6(b)」、「圖6(c)」為本發明之第二具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構之製造方法的斜視流程圖、俯視流程圖及剖面流程圖。本實施態樣之金屬陶瓷複合料帶之製造方法，其包含：步驟一、提供一金屬基層7；步驟二、於該金屬基層7表面形成陶瓷層9(即為「圖6(c)」中基板5)；步驟三、將該金屬基層7依據陣列切割複數個縫隙13，並保留一或複數個連接單元15，以利於後續沖壓時可以使該金屬基層支持晶片承載座11；步驟四、沖壓該金屬基層7形成陣列式突起單元17，並於該 陣列式突起單元之間分別包圍並形成複數個供填膠的封閉空間，以構成複數個晶片乘載座11。其中，該步驟二及步驟三之順序亦可置換，不受侷限。
所述的該晶片乘載座11係具有一或複數個貫孔，其中該貫孔的內側係設置有一陶瓷層包覆該貫孔內周側的壁面，並有一或複數個分別設置於該貫孔上的導接單元19。另外，所述的晶片乘載座11亦可置換成該晶片乘載座11的陶瓷層上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路；且，所述的導接單元19或所述的金屬線路可於所述的步驟二或步驟四之後設置於該晶片乘載座11，不受侷限。
「圖7(a)」、「圖7(b)」、「圖7(c)」為本發明之第二具體實施態樣發光二極體之製造方法的斜視流程圖、俯視流程圖及剖面流程圖，「圖8(a)」及「圖8(b)」分別為本發明之第二具體實施態樣經封裝之金屬陶瓷複合料帶結構及發光二極體的斜側視圖。如「圖7(a)」、「圖7(b)」、「圖7(c)」所示，本實施態樣之發光二極體，係使用本發明之第二具體實施態樣金屬陶瓷複合料帶結構2，於該晶片乘載座內設置晶片23及線路18，並經封膠膠24封裝後，再切割連結單元15所獲得。「圖8(a)」是經封裝後之金屬陶瓷複合料帶結構2’，具有複數個發光二極體27，「圖8(b)」是將該封裝後之金屬陶瓷複合料帶結構2’進行切割連結單元15後所獲得之一發光二極體27。
本發明之金屬陶瓷複合料帶結構可設置「水平式晶 片」、「垂直式晶片」或「覆晶式晶片」，具有高泛用性；本發明之圖式雖以「水平式晶片」為示例，但晶片亦可為「垂直式晶片」或「覆晶式晶片」，不受圖式示例所侷限。
綜上所述，本發明之金屬陶瓷複合料帶結構比起習知的料帶結構，具有較佳之散熱性及可撓性等功效，同理，使用本發明之金屬陶瓷複合料帶結構所製備之發光二極體，具有較佳之散熱性及可撓性，且不會產生習知之發光二極體會有杯體(或稱檔牆、璧、燈杯)與基板之間因反覆高溫受熱而黃化及脆化之問題，可通用於各種電子裝置及使用環境，具有較佳的泛用性。另外，本發明之金屬陶瓷複合料帶結構之製造方法，可減化製程，即無需另使用黏著劑(例如環氧樹脂黏著劑等)設置杯體(或稱檔牆、璧、燈杯)，可減少原料及生產成本。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍內。
1‧‧‧料帶結構
5‧‧‧基板
7‧‧‧金屬基層
9‧‧‧陶瓷層
11‧‧‧晶片乘載座
17‧‧‧突起單元
19‧‧‧導接單元
20‧‧‧貫孔

Claims (10)

  1. 一種金屬陶瓷複合料帶結構，包含一基板，該基板係包含有一金屬基層、以及設置於該金屬基層外側的陶瓷層，該基板上係具有複數個經由該基板加工形成並與該基板一體成形的晶片乘載座。
  2. 如請求項1所述之金屬陶瓷複合料帶結構，其中，該基板係經由加工形成複數個圍繞於該晶片乘載座周側的縫隙，並於該縫隙之間具有連接該晶片乘載座及該基板之間的連接單元。
  3. 如請求項1或2任一項所述之金屬陶瓷複合料帶結構，其中，該晶片乘載座為經由沖壓形成的封閉突起單元。
  4. 如請求項1或2所述之金屬陶瓷複合料帶結構，其中，該晶片乘載座上具有一或複數個貫孔、以及一或複數個分別設置於該貫孔的導接單元。
  5. 如請求項1或2所述之金屬陶瓷複合料帶結構，其中，該晶片乘載座的陶瓷層上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路。
  6. 一種金屬陶瓷複合料帶之製造方法，其包含有：提供一金屬基層；於該金屬基層表面形成陶瓷層； 沖壓該金屬基層形成陣列式突起單元，並於該陣列式突起單元之間分別包圍並形成複數個供填膠的封閉空間，以構成複數個晶片乘載座。
  7. 如請求項6所述之金屬陶瓷複合料帶之製造方法，更進一步包含將該金屬基層依據陣列切割複數個縫隙，並保留一或複數個連接單元，以使該金屬基層支持該晶片承載座。
  8. 如請求項6或7任一項所述之金屬陶瓷複合料帶之製造方法，該晶片乘載座係具有一或複數個貫孔，其中該貫孔的內側係設置有一陶瓷層包覆該貫孔內周側的壁面，並有一或複數個分別設置於該貫孔上的導接單元。
  9. 如請求項6或7任一項所述之金屬陶瓷複合料帶之製造方法，該晶片乘載座的陶瓷層上係具有一或複數個用以連接晶片的金屬線路。
  10. 一種發光二極體，其係包含如請求項1~5任一項所述之金屬陶瓷複合料帶結構所獲得之發光二極體。
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