TW201306681A - 陶瓷電路板及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種電路板及其製造方法。根據本發明之陶瓷電路板包含一陶瓷基板以及至少一導線。該陶瓷基板具有一上表面。該陶瓷基板並且具有對應該至少一導線且形成在該上表面上之至少一溝槽。該至少一導線係由一金屬材料填滿該至少一溝槽所形成。

Description

陶瓷電路板及其製造方法

本發明係關於一種陶瓷電路板(ceramic circuit board)。

多數的電子元件，其在運作過程中會產生熱。若未有良好的導熱、散熱機制，這些電子元件會隨著溫度上升降低自身的效率，甚至其使用壽命會縮短。以發光二極體(light emitting diode,LED)為例，目前發光二極體的發光效率已經提升至30 lm/W以上，未來預期可提升至120 lm/W以上。隨著發光效率之提升，也使發光二極體的散熱問題日趨嚴重。當發光二極體隨著電流增加，使晶片接面溫度(junction temperature,T_j)也隨之增高，當T_j過高，發光二極體輸出效率與壽命將會降低。

現行以玻璃纖維製成的印刷電路板(printed circuit board)之基板(substrate)，也就是所謂的FR4印刷電路板，其熱傳導係數約在0.36 W/mK。對發光二極體而言，FR4玻璃基板僅適用於低功率的發光二極體。

對於例如高功率發光二極體等發熱功率高的電子元件，已有以熱傳導係數高的金屬(例如，鋁、銅)做為基板的電路板被採用，也就是所謂的金屬芯印刷電路板(metal-core printed circuit board,MCPCB)。此類電路板因金屬基板本身為一導體，金屬基板與導線層之間必須利用一絕緣體做絕緣，以避免導線層與金屬基板導通。然而，金屬芯印刷電路板多採用高分子材料作為絕緣層材料，高分子材料絕緣層熱傳導率僅0.2~0. 5W/mK並且有耐熱方面的問題。因此，原本熱傳導率極佳的金屬基板，在加入高分子材料絕緣層後，形成熱阻，大幅的降低電路板整體的熱傳導效率，導致金屬芯印刷電路板的熱傳導率僅有1~2.2 W/mK。

以氮化鋁、氧化鋁等兼具高熱傳導與絕緣性佳之陶瓷材料為基板，其上被覆導線層的電路板被採用。以陶瓷基板做的電路板，目前較常見的種類區分為HTCC(高溫共燒多層陶瓷基板)、LTCC(低溫共燒多層陶瓷基板)、DBC(直接鍵結銅陶瓷基板)、DPC(直接覆銅陶瓷基板)等四種，依不同製程熱傳導係數在2~220 W/mK之間。由於在陶瓷基板上製造/成型導線的方法直接影響了導線的精準度、表面粗糙度、對位精準度...等特性。因此，在高功率、小尺寸電子元件(例如，LED)的精細線路需求下，製程解析度便成了必須要考慮的重要項目之一。LTCC與HTCC均是採用厚膜印刷技術完成線路製作，厚膜印刷本身即受限於網版張力問題。一般而言，其線路表面較為粗糙，且容易造成有對位不精準與累進公差過大等現象。此外，LTCC與HTCC採多層陶瓷疊壓燒結製程，還有收縮比例的問題需要考量，這使得其製程解析度較為受限。DBC雖以微影製程製備金屬線路，但因其製程能力限制，銅厚度的下限約在150~300μm之間，這使得其金屬線路的解析度上限亦僅為150~300μm之間(以深寬比1:1為標準)。DPC則是採用的薄膜製程製作，利用了真空鍍膜、黃光微影製程製作線路，使基板上的線路能夠更加精確，表面平整度高，再利用電鍍/電化學鍍沉積方式增加線路的厚度。一般而言，DPC金屬線路的解析度在金屬線路深寬比為1:1的原則下約在10~50μm之間。

以陶瓷材料做為散熱基板的電路板已是趨勢。然而，對陶瓷電路板先前技術的瞭解，即可看出當下仍需要有一種新的陶瓷電路板架構，以滿足電路板之導線的解析度高、製造成本低廉等要求。

因此，本發明之一面向在於提供一種陶瓷電路板。並且特別地，根據本發明之陶瓷電路板，不同於以往的先前技術，其導線解析度高、製造成本低廉。

根據本發明之一較佳具體實施例的陶瓷電路板，其包含一陶瓷基板以及至少一導線。該陶瓷基板具有一上表面。特別地，該陶瓷基板並且具有對應該至少一導線且形成在該上表面上之至少一溝槽。該至少一導線係由一金屬材料填滿該至少一溝槽所形成。

於一具體實施例中，該陶瓷基板可以由選自由氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、氧化矽(SiO₂)、氧化鈹(BeO)、氮化矽(Si₃N₄)或其他兼具高熱傳導與絕緣性佳之陶瓷材料所形成。

於一具體實施例中，該金屬材料可以是銅、銅合金、鋁、鋁合金、鋅、鋅合金、錫、錫合金、鉛、鉛合金、鎳、鎳合金、鐵、鐵合金、銀、金或其他商用導電性佳的金屬材料。

於一具體實施例中，該至少一溝槽中之一個溝槽的寬度為約50μm~500μm。

根據本發明之一較佳具體實施例之製造一陶瓷電路板的方法，首先係製備一陶瓷基板，其中該陶瓷基板具有一上表面以及形成於該上表面上之至少一溝槽。最後，根據本發明之方法係以一金屬材料，填滿該至少一溝槽以形成至少一導線。

於一具體實施例中，將金屬材料填滿該至少一溝槽以形成該至少一導線的實施，係先將該金屬材料形成之一金屬箔沖壓至該至少一溝槽內，再移除該多餘的金屬箔。

於另一具體實施例中，將金屬材料填滿該至少一溝槽以形成該至少一導線的實施，係先將該金屬材料形成之粉末壓填至該至少一溝槽內，再將填至該至少一溝槽內之該金屬材料之粉末融熔後凝固。

於另一具體實施例中，將金屬材料填滿該至少一溝槽以形成該至少一導線的實施，係先將該金屬材料之熔湯注入該至少一溝槽內，再將注入該至少一溝槽內之該金屬材料之熔湯凝固。

與陶瓷電路板的先前技術相較，根據本發明之陶瓷電路板具有導線的精度高、製造成本低廉等優點。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的實施方式及所附圖式得到進一步的瞭解。

本發明係提供一種陶瓷電路板及其製造方法。並且特別地，根據本發明之陶瓷電路板，不同於以往的先前技術，其導線的解析度高、製造成本低廉。以下藉由對本發明之數個較佳具體實施例的詳細說明，藉以充分解說關於本發明的特徵、精神、優點以及實施上的可行性。

請參閱第1圖及第2圖，第1圖係根據本發明之一較佳具體實施例之陶瓷電路板1之外觀示意圖。第2圖係第1圖中之陶瓷電路板1沿第1圖中的A-A線之剖面視圖。

如第1圖及第2圖所示，根據本發明之一較佳具體實施例的陶瓷電路板1，其包含一陶瓷基板10以及至少一導線12。該陶瓷基板10具有一上表面102。特別地，該陶瓷基板10並且具有對應該至少一導線12且形成在該上表面102上之至少一溝槽104。該至少一導線12係由一金屬材料填滿該至少一溝槽104形成。

須強調的是，該至少一導線12的解析度是藉由預先形成的溝槽104來達成，而非藉由解析度差的厚膜技術，或藉由製造成本高的薄膜技術來達成。也就是說，該至少一導線12的寬度及深度即等於該至少一溝槽的寬度及深度。

於一具體實施例中，該陶瓷基板10可以由氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、氧化矽(SiO₂)、氧化鈹(BeO)、氮化矽(Si₃N₄)或其他兼具高熱傳導與絕緣性佳之陶瓷材料所形成。

於一具體實施例中，該金屬材料可以是銅、銅合金、鋁、鋁合金、鋅、鋅合金、錫、錫合金、鉛、鉛合金、鎳、鎳合金、鐵、鐵合金、銀、金或其他商用導電性佳的金屬材料。

於一具體實施例中，如第2圖所示，該至少一溝槽104中主要的長條形溝槽的寬度w為約50μm~500μm。此即後續形成

於一具體實施例中，如第2圖所示，該至少一溝槽104之深度d為約25μm~300μm。

請參閱第3A圖、第3B圖以及第2圖，該等圖式係以截面視圖示意地繪示根據本發明之一較佳具體實施例之製造如第2圖所示之陶瓷電路板1的方法。

如第3A圖所示，首先，根據本發明之方法係製備一陶瓷基板10。該陶瓷基板10具有一上表面102。特別地，該陶瓷基板10並且具有形成在該上表面102上之至少一溝槽104。該至少一溝槽104可以在該陶瓷基板10之生胚上即形成溝槽，伴隨該陶瓷基板10之生胚燒結，生胚上的溝槽隨著生胚收縮即形成該至少一高溝槽104。該至少一溝槽104也可以在該陶瓷基板10完成後，再行加工成型。

最後，根據本發明之方法係以一金屬材料，填滿該至少一溝槽104以形成至少一導線12，即完成如第2圖所示之陶瓷電路板1。

於一具體實施例中，如第3B圖所示，將金屬材料填滿該至少一溝槽104以形成該至少一導線12的實施，係先將該金屬材料形成之一金屬箔14沖壓至該至少一溝槽104內，再移除該多餘的金屬箔14，即完成如第2圖所示之陶瓷電路板1。

於另一具體實施例中，將金屬材料填滿該至少一溝槽104以形成該至少一導線12的實施，係先將該金屬材料形成之粉末壓填至該至少一溝槽104內，再將填至該至少一溝槽104內之該金屬材料之粉末融熔後凝固，即完成如第2圖所示之陶瓷電路板1。

於另一具體實施例中，將金屬材料填滿該至少一溝槽104以形成該至少一導線12的實施，係先將該金屬材料之熔湯注入該至少一溝槽104內，再將注入該至少一溝槽104內之該金屬材料之熔湯凝固，即完成如第2圖所示之陶瓷電路板1。

與陶瓷電路板的先前技術相較，根據本發明之陶瓷電路板具有導線的精度高、製造成本低廉等優點。

藉由以上的詳細說明，可以清楚地了解根據本發明之陶瓷電路板，不同於以往的先前技術，其兼具導線的解析度高、製造成本低廉等優點。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1．．．陶瓷電路板

10．．．陶瓷基板

102．．．陶瓷基板之上表面

104．．．溝槽

12．．．導線

14．．．金屬箔

w．．．溝槽的寬度

d．．．溝槽的深度

第1圖係根據本發明之一較佳具體實施例之陶瓷電路板之外觀示意圖。

第2圖係第1圖中之陶瓷電路板沿第1圖中的A-A線之剖面視圖。

第3A圖及第3B圖係示意地繪示根據本發明之一較佳具體實施例之製造如第2圖所示之陶瓷電路板的方法。

1．．．陶瓷電路板

10．．．陶瓷基板

102．．．陶瓷基板之上表面

104．．．溝槽

12．．．導線

w．．．溝槽的寬度

d．．．溝槽的深度

Claims (10)

1. 一種陶瓷電路板，包含：一陶瓷基板，具有一上表面；以及至少一導線，該陶瓷基板並且具有對應該至少一導線且形成在該上表面上之至少一溝槽，該至少一導線係由一金屬材料填滿該至少一溝槽所形成。
2. 如請求項1所述之陶瓷電路板，其中該陶瓷基板係由選自由氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、氧化矽(SiO₂)、氧化鈹(BeO)以及氮化矽(Si₃N₄)所組成之群組中之其一所形成。
3. 如請求項2所述之電路板，其中該金屬材料係選自銅、銅合金、鋁、鋁合金、鋅、鋅合金、錫、錫合金、鉛、鉛合金、鎳、鎳合金、鐵、鐵合金、銀以及金所組成之群組中之其一。
4. 如請求項2所述之電路板，其中該至少一溝槽中之一個溝槽的寬度為約50μm~500μm。
5. 一種製造一陶瓷電路板之方法，包含下列步驟：(a)製備一陶瓷基板，其中該陶瓷基板具有一上表面以及形成於該上表面上之至少一溝槽；以及(b)以一金屬材料，填滿該至少一溝槽以形成至少一導線。
6. 如請求項5所述之方法，其中該陶瓷基板係由選自由氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、氧化矽(SiO₂)、氧化鈹(BeO)以及氮化矽(Si₃N₄)所組成之群組中之其一所形成，該金屬材料係選自銅、銅合金、鋁、鋁合金、鋅、鋅合金、錫、錫合金、鉛、鉛合金、鎳、鎳合金、鐵、鐵合金、銀以及金所組成之群組中之其一。
7. 如請求項6所述之方法，其中該至少一溝槽中之一個溝槽的寬度為約50μm~500μm。
8. 如請求項7所述之方法，其中步驟(b)係由下列步驟執行：將該金屬材料形成之一金屬箔沖壓至該至少一溝槽內；以及移除該多餘的金屬箔。
9. 如請求項7所述之方法，其中步驟(b)係由下列步驟執行：將該金屬材料形成之粉末壓填至該至少一溝槽內；以及將填至該至少一溝槽內之該金屬材料之粉末融熔後凝固。
10. 如請求項7所述之方法，其中步驟(b)係由下列步驟執行：將該金屬材料之熔湯注入該至少一溝槽內；以及將注入該至少一溝槽內之該金屬材料之熔湯凝固。