TWI415528B - 高導熱性電路載板及其製作方法 - Google Patents

Description

高導熱性電路載板及其製作方法

本發明係關於一種電路載板及其製作方法，尤指一種具有類鑽碳之高導熱性電路載板及其製作方法。

近年來由於電子產業的蓬勃發展，電子產品需求漸增，因此電子產品進入多功能及高效能發展等方向。尤其是可攜式電子產品種類日漸眾多，需求使用量日漸增加，也使得電子產品的體積與重量之規模也越來越小，因此在電子產品中之電路載板體積隨之變小，因此，電路載板的散熱效果成為值得重視的問題之一。

以現今常使用之晶片如LED來說，由於發光亮度夠高，因此可廣泛應用於顯示器背光源、小型投影機以及照明等各種電子裝置中。然而，由於目前LED的輸入功率有將近80%的能量會轉換成熱能，因此，當承載LED元件之載板無法有效地散熱時，會使LED晶片界面溫度升高，而進一步影響發光強度及產品壽命週期。

日本公開專利第2004－193283號揭示之承載基板係用來承載電子元件，承載基板為具有陶瓷底座、絕緣層及鑽石層的多層結構，其電極形成在承載基板的上下表面，電極與電極之間藉由通孔電性連接，而通孔內係充填金屬。雖然，前案之承載基板結構具有陶瓷底座及陶瓷絕緣層，然而，使用陶瓷材料作為承載基板仍有散熱不佳之缺點， 因此對於電子元件在長時間運作後所產生之熱量無法有效的排除，進而影響電子元件使用的穩定性及壽命。

據此，如何提供一種電子元件之承載基板，其可提高電子元件的導熱效果且具有良好的散熱途徑，實為重要的課題之一。

有鑑於上述課題，本發明的目的係在提供一種電路載板及其製作方法，俾能提升電路載板的導熱效果，使半導體元件產生之熱能迅速排除。

為達上述目的或其他目的，本發明提供一種電路載板，其包括一基板、複數層導熱絕緣層、一導電圖案、複數個通孔及一焊料層。基板具有上表面及下表面，而導熱絕緣層係分別形成於基板之上表面及下表面，導電圖案係設置於導熱絕緣層之表面上，複數個通孔係貫設於基板且電性連接導電圖案，而焊料層係部分形成於導電圖案上。本發明亦揭露上述電路載板之製作方法。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板，其中通孔內係充填有一導電材料，其包括銅、銀或其混合物。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板，其更包括複數層陶瓷層係形成於基板之上表面及下表面，並位於基板與導熱絕緣層之間。其中陶瓷層之材料包括氧化物、氮化物或硼化物。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板，其中基板係包括一金屬基板、一半導體基板或其他適當材料之基板，金屬基板之材料包括鋁、銅或其混合物，而半導體基板之材料包括矽、鍺、砷化鍺或其混合物。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板，其中導熱絕緣層之材料包括類鑽碳，且導熱絕緣層具有一摻雜物，包括氟、矽、氮、硼或其混合物。導熱絕緣層之厚度為0.1至30μm，較佳之厚度為2至5μm。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板，其更包括一絕緣層形成於通孔之側壁，其中絕緣層的材料包括絕緣膠或陶瓷材料。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板，其中導電圖案之材質包括鉻、銅、鎳、金、銀或其混合物。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板，其更包括一金屬層設置於導電圖案之上，用以增加與電子元件的附著強度。其中金屬層包括鎳、金、銀、錫或錫合金及其混合。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板，其中電路載板係用以承載一電子元件，而電子元件係藉由焊接層設置於電路載板之導電圖案上，電子元件為一晶片或一半導體元件。

為達上述目的或其他目的，本發明提供上述電路載板之製作方法，其包括下列步驟：提供一基板，基板具有一上表面及一下表面；形成複數層導熱絕緣層分別於基板之上表面及下表面；形成複數層導熱絕緣層分別形成於基板之 上表面及下表面；形成複數個通孔於基板內並貫穿基板及導熱絕緣層；形成一電極層於導熱絕緣層的表面上；移除部分電極層以形成導電圖案；以及形成一焊料層，焊料層係部分形成於導電圖案上。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中形成通孔之方法包括濕式蝕刻或機械式攅孔。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中導熱絕緣層之材料包括類鑽碳。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中包括添加一摻雜物於導熱絕緣層，摻雜物包括氟、矽、氮、硼或其混合物。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其更包括充填一導電材料於通孔內，其包括銅、銀或其混合物。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其更包括形成一絕緣層形成於通孔之側壁，其中絕緣層的材料包括絕緣膠或陶瓷材料。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中形成電極層之方法包括濺鍍、電鍍及無電鍍法。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中移除電極層之方法包括蝕刻法。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中電極層之厚度為0.1－100μm或20－40μm。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其更包括形成一金屬層於導電圖案之上，在形成導電圖案之步驟之後。其中金屬層包括鎳、金、銀、錫或錫合金及其混合。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其更包括形成複數層陶瓷層於基板之上表面及下表面。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中陶瓷層係形成於基板與導熱絕緣層之間。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中形成陶瓷層的方法為陽極處理或熱處理。

根據本發明較佳實施例所述之電路載板之製作方法，其中陶瓷層之材料包括氧化物、氮化物或硼化物。

綜上所述，本發明之電路載板及其製作方法，係在基板上形成導熱絕緣層及陶瓷層，且基板具有通孔以電性連接設置在基板上下側的導電圖案，因此，本發明之電路載板可以有效地排除電子元件所產生的熱量，進而改善電子元件的效率及使用壽命。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

實施例1

請參閱圖1，係本發明一實施例之電路載板的剖面示意圖。本發明之電路載板包括一基板100、一導熱絕緣層120及一導電圖案135，其中導熱絕緣層120分別形成於基板之上表面100a及下表面100b，而導電圖案135係設置於導熱絕緣層120的表面上，導電圖案135可提供與其他電子元件電性連接之用途，例如是藉由導線將導電圖案135與電子元件連接。導電圖案135係包括具有導電特性之材質，例如是由鉻、銅或銀所形成。此外，在本實施例中，基板100具有導熱的性質，其包括金屬基板、半導體基板或其他適當材料之基板，需了解的是，具有散熱效果的各種金屬或半導體材料均被考慮且涵蓋於基板中，在本實施例中，金屬材料包括含有一種或兩種以上金屬的合金，例如是鋁或銅及其合金或化合物，半導體材料例如是但不限制於矽、鍺、砷化鍺或其混合物。

承接上述，導熱絕緣層120設置在基板的上表面100a及下表面100b，在本實施例中，導熱絕緣層120係作為設置在基板上之電子元件(圖未繪示)散熱的途徑，導熱絕緣層120的材質為類鑽碳，要說明的是，類鑽碳膜可依實際需要添加氟(F)、矽(Si)、氮(N)或硼(B)等元素，以降低導熱絕緣層120之內應力，添加氟、矽、氮或硼等元素於類鑽碳所形成之導熱絕緣層120中，其所佔原子比(atom%)沒有限制，只要含量不會產生半導效應即可，氟或矽原子比含量為1－40 atom%，較佳為5－20 atom%，氮或硼原子比含量為1－30 atom%，較佳為5－15 atom%。由於本發明在基板100的表面 上設置有導熱絕緣層120，且導熱絕緣層為類鑽碳，其具有良好的熱傳導性，因此，當電子元件運作時，可藉由導熱絕緣層120有效地將熱能散逸至外界。

請繼續參閱圖1，在本實施例中，係具有複數個通孔130貫設於本發明之電路載板內，且通孔130內充填有導電材料131，需了解的是，各種具有導電性質的材料係包括在本實施例的範疇內，而且不應限制在此所描述的材料，導電材料131例如是金屬材料但不限制於銅、銀或其混合物。由於通孔130內充填有導電材料131，因此，設置在導熱絕緣層120上的導電圖案135可藉由通孔130電性導通，而使得本發明之電路載板可以與其他的構件連接。另外，在通孔的側壁上係形成一絕緣層132，以將基板100與通孔130電性隔絕，絕緣層132的材料包括絕緣膠或陶瓷材料，例如是但不限制於氧化物、氮化物、碳化物、環氧化物(epoxy)、矽膠(silicon)或聚亞醯胺(polyimide,PI)。

此外，本發明之電路載板係用以承載一電子元件150，如圖1所示，其係在電路載板之導電圖案135上形成焊料層140，而電子元件150藉由焊料層140設置在電路載板上，電子元件包括晶片或半導體元件，例如是發光二極體。

由於本發明在基板上下側形成導熱絕緣層，因此，與習知技術相較之下，本發明之散熱途徑除了基板之外，還可藉由導熱絕緣層將電子元件所產生的熱能有效地排除。此外，本發明之電路載板具有通孔，因此設置在電路載板 上的導電圖案可藉由通孔電性導通，而使得本發明之電路載板可以與其他的構件連接。

圖2A至圖2D為本發明之電路載板結構之製作流程示意圖，首先，請參閱圖2A，係提供一基板100，其具有上表面100a及下表面100b，之後，如圖2B所示，分別形成導熱絕緣層120於基板100之上表面100a及下表面100b之上，形成導熱絕緣層120的方法是藉由化學氣相沉積法，而化學氣相沉積法的使用皆可由本領域具通常知識者在不改變主要原理的情況下做變化，因此，氣相沉積法的例子包括熱線氣相沉積法(filament CVD)、電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)或微波電漿化學氣相沉積法(MPCVD)及其他類似之方法。在本實施例中，較佳係使用電漿輔助化學氣象沉積法，在200℃或以下之溫度形成導熱絕緣層120於基板之上表面100a及下表面100b，而導熱絕緣層120的厚度沒有限制，較佳之厚度為0.1至30μm，在本實施例中，導熱絕緣層120的厚度為約2－5μm。

接著，如圖2C所示，形成複數個通孔130貫穿於基板100及導熱絕緣層120，形成通孔的方法例如是利用蝕刻或機械鑽孔等方式，在通孔內並充填有導電材料131，此外，係在通孔130側璧上形成有一絕緣層132。之後，如圖2D所示，係形成一電極層134於導熱絕緣層120之上。形成電極層134之方法例如是以濺鍍、電鍍及無電鍍法將鉻、銅或銀為材料之電極層形成於導熱絕緣層120之表面上，形成電極層134之厚度沒有限制，係依照所承載之電子元件(圖未繪示) 產生的電流密度大小而定，其中較佳之厚度為為0.1至100μm，在本實施例中，電極層130之厚度為20－40μm。

最後，請參閱圖2E，係部份移除電極層134以形成導電圖案135，移除電極層134的方法可藉由蝕刻達成。形成導電圖案135之後，導電圖案135可依所需鍍上鎳、金、銀、錫或錫合金及其混合金屬(圖未繪示)，用以增加導電圖案135與電子元件的附著強度。

實施例2

請參閱圖3，係為本發明另一實施例之電路載板的剖面示意圖。本實施例之電路載板及其製作方法與上述實施例相似，其不同之處在於本實施例之電路載板包括複數層陶瓷層110分別形成於基板100之上表面及下表面，以及在陶瓷層110的表面上形成導熱絕緣層120，陶瓷層110的材料沒有特殊限制，較佳係為氧化物、氮化物、或硼化物。在此要說明的是，形成陶瓷層110的方法係依照基板100的材質決定，在本實施例中，當基板100為金屬基板時，陶瓷層110可以藉由陽極處理形成，當基板100為半導體基板時，陶瓷層110可以藉由熱處理的方法形成。此外，由於本實施例在基板100與導熱絕緣層120之間設置有陶瓷層110，因此，可增加導熱絕緣層110於基板100上的附著性，並且陶瓷層110為良好的熱導體，因此可提高本發明之電路載板的散熱效果。

綜上所述，本發明之電路載板及其製作方法具有導熱絕緣層，且本發明之載板結構的基板具有導熱的效果，因 此，設置在電路載板上的電子元件或電子電路所產生之熱能，可藉由導熱基板及導熱絕緣層有效地加速逸散，因而提供較佳之散熱效果，並大幅提高電子元件使用時之穩定性及壽命。另外，本發明之電路載板具有通孔，因此設置在電路載板上的導電圖案可藉由通孔電性導通，而使得本發明之電路載板可以與其他的構件連接。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

100‧‧‧基板

110‧‧‧陶瓷層

120‧‧‧導熱絕緣層

130‧‧‧通孔

131‧‧‧導電材料

132‧‧‧絕緣層

134‧‧‧電極層

135‧‧‧導電圖案

140‧‧‧焊料層

150‧‧‧電子元件

100a‧‧‧上表面

100b‧‧‧下表面

圖1係本發明一實施例之電路載板之剖面示意圖；圖2A至2E係為本發明一實施例之電路載板之製作流程示意圖；以及圖3係本發明另一實施例之電路載板之剖面示意圖。

100‧‧‧導熱基板

120‧‧‧導熱絕緣層

130‧‧‧通孔

131‧‧‧導電材料

132‧‧‧絕緣層

135‧‧‧導電圖案

140‧‧‧焊料層

150‧‧‧晶片

100a‧‧‧上表面

100b‧‧‧下表面

Claims (38)

1. 一種高導熱性之電路載板結構，包括：一基板，具有一上表面及一下表面；複數層導熱絕緣層，係分別設置於該基板之上表面及下表面；一導電圖案，係設置於該些導熱絕緣層之表面上；複數個通孔，係貫設於該導熱基板內且電性連接該導電圖案；以及一焊料層，係部份形成於該導電圖案上；其中該些導熱絕緣層之材料包括類鑽碳，且該些導熱絕緣層具有一摻雜物，該摻雜物包括氟、矽、氮、硼或其混合物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其中該些通孔內係充填有一導電材料。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電路載板結構，其中該導電材料包括銅、銀或其混合物。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其更包括複數層陶瓷層係形成於該基板之上表面及下表面，並位於該基板與該些導熱絕緣層之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電路載板結構，其中該些陶瓷層之材料包括氧化物、氮化物或硼化物。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其中該基板係包括一金屬基板、一半導體基板或其他適當材料之基板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電路載板結構，其中該金屬基板之材料包括鋁、銅或其混合物。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電路載板結構，其中該半導體基板之材料包括矽、鍺、砷化鍺或其混合物。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其中該類鑽碳膜之氟或矽含量為1-40 atom%。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電路載板結構，其中該類鑽碳膜之氟或矽含量為5-20 atom%。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其中該類鑽碳膜之氮或硼含量為1-30 atom%。
12. 申請專利範圍第11項所述之電路載板結構，其中該類鑽碳膜之氮或硼含量為5-15 atom%。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其中該些導熱絕緣層之厚度為0.1至30μm。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電路載板結構，其中該些導熱絕緣層之厚度為2至5μm。
15. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其更包括一絕緣層形成於該些通孔之側壁。
16. 如申請專利範圍第15項所述之電路載板結構，其中該絕緣層之材質包括絕緣膠或陶瓷材料。
17. 如申請專利範圍第16項所述之電路載板結構，其中該絕緣層之材質包括氧化物、氮化物、碳化物、環氧化物、矽膠或聚亞醯胺。
18. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其中該導電圖案之材質包括鉻、銅、鎳、金、銀或其混合物。
19. 如申請專利範圍第1項所述之電路載板結構，其中該電路載板係用以承載一電子元件，該電子元件係藉由焊接層設置於該電路載板之導電圖案上。
20. 如申請專利範圍第19項所述之電路載板結構，其中該電子元件為一晶片或一半導體元件。
21. 如申請專利範圍第19項所述之電路載板結構，其更包括一金屬層設置於該導電圖案之上，用以增加與該電子元件的附著強度。
22. 如申請專利範圍第21項所述之電路載板結構，其中該金屬層包括鎳、金、銀、錫或錫合金及其混合。
23. 一種電路載板之製作方法，包括下列步驟：提供一基板，該基板具有一上表面及一下表面；形成複數層導熱絕緣層，並添加一摻雜物於該導熱絕緣層，該摻雜物包括氟、矽、氮、硼或其混合物，且該些導熱絕緣層係分別形成於該基板之上表面及下表面；形成複數個通孔於該基板內並貫穿該基板及該些導熱絕緣層；形成一電極層於該些導熱絕緣層的表面上；部分移除該電極層以形成一導電圖案；以及形成一焊料層，該焊料層係部分形成於該導電圖案上；其中該些導熱絕緣層之材料包括類鑽碳。
24. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其中形成該些通孔之方法包括蝕刻或機械攅孔。
25. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其中形成該些導熱絕緣層之方法包括氣相沉積法。
26. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其更包括充填一導電材料於該些通孔內。
27. 如申請專利範圍第26項所述之製作方法，其中該導電材料包括銅、銀或其混合物。
28. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其更包括形成一絕緣層於該些通孔之側壁。
29. 如申請專利範圍第28項所述之製作方法，其中該絕緣層之材質包括絕緣膠或陶瓷材料。
30. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其中形成該電極層之方法包括濺鍍、電鍍及無電鍍法。
31. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其中移除該電極層之方法包括蝕刻法。
32. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其中該電極層之厚度為0.1-100μm或20-40μm。
33. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其更包括形成一金屬層於該導電圖案之上，在形成該導電圖案之步驟之後。
34. 如申請專利範圍第33項所述之製作方法，其中該金屬層包括鎳、金、銀、錫或錫合金及其混合。
35. 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其更包括形成複數層陶瓷層於該基板之上表面及下表面。
36. 如申請專利範圍第35項所述之製作方法，其中該些陶瓷層係形成於該基板與該些導熱絕緣層之間。
37. 如申請專利範圍第35項所述之製作方法，其中形成該些陶瓷層的方法為陽極處理或熱處理。
38. 如申請專利範圍第35項所述之製作方法，其中該些陶瓷層之材料包括氧化物、氮化物或硼化物。