TW201004546A - Ceramic substrate structure and method thereof with heat dissipation function - Google Patents

Description

201004546 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 •本發明是有關於一種陶瓷基板結構及其製造方法，且 .特別是有關於一種具有散熱功能之陶瓷基板結構及其製造 方法。 【先前技術】 近年來’來由於消費性電子與無線通訊產品的快速發 展，電子產品紛紛趨向具備多功能、外塑輕薄短小等需求 發展’因此’各種整合型技術開始受到重視，低溫共燒陶 究（Low-Temperature Cofired Ceramics ; LTCC)為電子產 品朝向輕薄短小的發展技術之一。低温共燒陶瓷技術，係 將被動元件埋入多層陶瓷基板中燒結形成整合式陶竟元 件’以有效減少元件的空間，使得元件高度集積，達成元 件/模組縮小化、電子產品小型化的目的 LTCC整合型元件，係以陶瓷材料作為基板，將被動 元件埋入多層陶瓷基板中燒結形成整合式陶瓷元件，以有 效減少元件的空間，使得元件高度集積，達到節省空間之 便0 一般在LTCC技術中常見的散熱方法，為一具有貫穿 的導熱通道(thermal via)之陶瓷基板結構1，如圖1，陶究 基板11具有複數個導熱通道（thermal via) 12並透過一焊 錫層15使陶瓷基板11與印刷電路板16彼此連接，而透過 這些導熱通道12的設計，可協助基板散熱。 然而，利用貫穿陶瓷基板之導熱通道(thermal via)的散 201004546 熱功能具有一定之功效，對於高功率之產品並不適用，所 以，一般針對高功率之產品，會採用金屬貼片的方法以增 強其散熱功率，然而此金屬貼片的方式，需要額外的製程 • 步驟與材料，而提高產品製程的複雜度與費用。 【發明内容】 有鑑於此，本發明所欲解決的問題在於提供一種具有 散熱功能之陶瓷基板結構及其製造方法。 為解決上述問題，本發明所提出之技術手段係在於， 本發明提供一種具有散熱功能之陶瓷基板結構，此陶瓷基 板結構包括一陶瓷基板，係具有相對之一第一表面及一第 二表面，第一表面具有一凹陷處；複數個導熱通道(thermal via)，係設於凹陷處底面並貫通至第二表面；一可焊金屬 層，係形成於凹陷處底面並上述之導熱通道連接；以及一焊 料層，係填滿於可焊金屬層上方的凹陷處内。 C./ 上述發明實施例中，導熱通道係為一金屬柱，可焊金 屬可為Ag-Pt、Ag-Pd、Ag或銅；亦可用表面電鑛的方法 行成可焊金屬Sn或無電電鍍的方法形成可焊金屬Ni、Pd 或Au，陶究基材可設置於一印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)之上，並可透過印刷電路板之焊錫層彼此連 接，且陶瓷基材可應用於高功率或高亮度之LED。 本發明另外提供一種具有散熱功能之陶瓷基板的製 程。首先，提供一陶瓷薄板，陶瓷薄板具有複數個導熱通 道(thermal via)。接著，塗佈或印刷一可焊金屬於導熱通道 6 201004546 3古μ形成—可焊金屬層。之後，提供—生胚片，生胚 片^有至少-孔洞（cavity)’孔洞尺寸大於導熱通道尺寸。 之後占堆4生胚片於陶究薄板上，孔洞形成—凹陷處，且 凹陷處外露出可焊金屬層。之後，進行燒結料薄板、生 ，片與可焊金屬層，以共同形成m板。之後，放入一 焊料於凹陷處内。以及進行一迴焊步驟，使焊料固化於凹 陷處内。 其中，焊料係選自含錫的任何錫膏原料。可焊金屬可 為Ag-Pt、Ag_Pd、Ag或銅；亦可用表面電鍍的方法行成 可焊金屬Sn，或無電電鍍的方法形成可焊金屬Ni、Pd或 Au在進行迴焊步驟之後，更可包含一步驟將陶瓷基板連接 於一印刷電路板上，而陶瓷基板與印刷電路板係透過一焊 錫層彼此連接。陶瓷薄板係為一低溫共燒陶瓷基板，且陶 莞基板可應用於高功率或高亮度之LED。 .運用本發明所獲得的功效係在於’本發明係透過習知 之孔洞製程在一生胚片上形成一孔洞，並搭配一具有可焊 金屬於導熱通道上方之陶瓷薄板’將並填入焊料於孔洞 内，因而提生金屬散熱體積’藉此可自然形成一散熱片， 改善基板散熱效率而提高散熱功率’擴大陶瓷基板應用於 高功率產品之應用範圍，如：高功率1C及LED等基板之 散熱，且此方式與金屬片貼合的方式相較下，可減少製程 步驟及製造成本，此外，本發明之陶瓷基板結構可直接與 基板藉由焊料層相接合，而減少導熱膠酯使用。 【實施方式】 7 201004546 以下將參照相關圖示，說明依本發明較佳實施例之具 有散熱功能之陶瓷基板結構，為使便於理解，下述實施例 中之相同元件係以相同之符號標示來說明。 請參考圖2,其係為本發明之具有散熱功能之陶瓷基 板結構。圖中，陶瓷基板結構2包括一陶瓷基板21、複數 個導熱通道（thermal via)22、一可焊金屬層23以及一焊 料層24。陶瓷基板21具有相對之一第一表面211及一第 二表面212，且第一表面211上有一凹陷處216，複數個導 熱通道（thermal via)22係設於凹陷處216底面並貫通至 第二表面212，可焊金屬層23係形成於凹陷處216底面並 與些導熱通道22連接，焊料層24係填滿於可焊金屬層23 上方的凹陷處216内。 承上述，本實施例之導熱通道係為一金屬柱，金屬柱 材料可以是任何含有金屬成份的金屬材料，此外，上述之 可焊金屬的材質可以是Ag-Pt、Ag-Pd、Ag或銅；亦可用 表面電鍍的方法行成可焊金屬Sn，或無電電鍍的方法形成 可焊金屬Ni、Pd或Au，或其他適當的金屬材料，或者也 可以是上述金屬材料的任意組合。 在上述實施例中，具有散熱功能之陶瓷基板結構2更 可設置於一印刷電路板（Printed Circuit Board, PCB)26 之上，其中可透過焊錫層25彼此連接。 在上述實施例中，具有散熱功能之陶瓷基板結構2可 應用於高功率或高亮度之LED，但可應用之相關產品並不 以此為限。 相較於習知技術而言（請參考圖1)，習知技術只單 201004546 純透過導熱通道進行散熱〜_,、、、，，~ q ， 料於孔洞内，因而提升金屬散熱體積，藉此可自然形成 散熱片’改善基板散熱效率而提高散熱功率，擴大陶瓷基 板應用於高功率產品之應用範圍，如：高功率1(：及LED等 基板之散熱，且此方式與金屬片貼合的方式相較下，可減 少製程步驟及製造成本，此外，本發明之陶瓷基板結構可 直接與基板藉由知料層相接合，而減少導熱膠醋使用。 以上僅介紹陶瓷基板的結構，而關於陶瓷基板的製 程，以下將配合圖3A至圖3F進行詳細的說明。 請依序參閱圖3A與圖3B，首先，提供一陶瓷薄板 2^3」此陶究薄板213具有複數個導熱通道22，其中，陶 莞薄板213可為低/皿共燒陶竟（L〇w 丁⑽㈣站⑽c〇_ f，LTCC)基板。接著，形成一可焊金屬層 溥板213上，JL中可焊本居 、岡是 ^ s 于金屬層Μ可透過塗佈或印刷一可和 金屬的方法，形成於導埶 可以是_、Ag-Pd :Α=上方，此可焊金屬的村質 行成可焊金屬Sn，或無可用表面電錢的方法 或如、或其他金屬材料==方法形成可焊金屬tPd 意組合。 或者也可以是上述金屬材料的任 接著’請參閱圖3C 此生胚片214具有至少 孔洞215尺寸至少大於 生胚片214上的方式可 器鑽孔等方法均可採用 與圖3D，另外提供一生胚片214， :孔洞215 ’其中，生胚片214的 導熱通道22尺寸。形成孔洞215於 以有报多種，舉例來說，雷射或機 之後，堆疊生胚片 214於陶瓷薄板213上 其中這些 201004546 孔洞215會座落在相對應於導熱通道22上的可焊金屬層 23上方’即這些形成在導熱通道22上方的可焊金屬層23 ' 會對應於這些孔洞215。 ’ 堆疊完畢後，燒結此堆疊在一起之陶瓷薄板213、生 胚片214與可焊金屬層23,以共同形成陶瓷基板21。燒結 完畢後’生胚片上的原有之孔洞215則形成一陶瓷基板21 的一凹陷處216 ,且凹陷處216外露出可焊金屬層23。 (： 請麥閱圖3E與圖3F，接著，放入一焊料241於凹陷 處内216 ’其令焊料241的材料可為任何一種含錫的錫膏 原料’最後進行一迴焊步驟，使焊料241固化於凹陷處内 216，而進行迴焊步驟時的溫度設定，則依錫膏原料的種類 而決定，在此不限定之。 如此，具有散熱功能之陶瓷基板21已完成，透過焊料 植於孔洞内的方式，此可自然形成一散熱片，因而提升陶 莞基板的散熱效率。 此外，此方法更可包含將陶瓷基板21連接於一印刷電 路板26上。其中，陶曼基板21與印刷電路板（或其它基 板)26係透過一烊錫層25彼此連接，連接陶莞基板21於印 刷電路板26的方法與習知技術相同，故不再重複介紹。 如此本發明所使用的焊料金屬散熱方法，藉由焊料 填充的方式，提高散熱體積此一設計，由此可提升陶£基 •板之散熱效率’擴大陶莞基板於高功率產品之應用範圍， 即本發明的陶瓷基板的可應用於高功率或高亮度之led 上’此外’透過焊錫層與基板接合，減少導熱膠醋使用， 201004546 亦具有降低成本之一功效。 發明專利範圍所涵蓋。 鄉白為本 【圖式簡單說明】 圖1係為習知陶瓷基板結構之結構剖面圖； 圖2係為本發明之具有散熱功能之陶瓷基板結構之結構剖 面圖；以及 圖3A〜圖3F係為本發明之具有散熱功能之陶瓷基板結構 的製作流程圖。 【主要元件符號說明】 1 陶瓷基板結構 11 陶瓷基板 12 導熱通道 15 焊錫層 16 印刷電路板 2 陶瓷基板結構 21 陶瓷基板 211第一表面 212第二表面 201004546 213 陶竟薄板 214 生胚片 215 孔洞 216 凹陷處 22 導熱通道 23 可焊金屬層 24 焊料層 241 焊料 25 焊錫層 26 印刷電路板

Claims (1)

1. 201004546 十、申請專利範圍： 1. 一種具有散熱功能之陶瓷基板結構，包括： ‘一陶瓷基板，該陶瓷基板具有相對之一第一表面及 • 一第二表面，該第一表面具有一凹陷處； 複數個導熱通道(thermal via)，係設於該凹陷處底面 並貫通至該第二表面； 一可焊金屬層，係形成於該凹陷處底面並與該些導 熱通道連接；以及 ζ ' 一焊料層，係填滿於該可焊金屬層上方的該凹陷處 内。 2. 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板結構，其中該些 導熱通道係為一金屬柱。 3. 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板結構，其中.該可 焊金屬可為 Ag-Pt、Ag-Pd、Ag、Cu、Sn、Ni、Pd 或 Au。 4. 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板結構，其中·該陶 (丨 竟基板可設置於一印刷電路板（Printed Circuit Board, PCB)之上，並可透過該印刷電路板之焊錫層彼此連接。 5. 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷基板結構，其中該陶 瓷基板可應用於高功率或高亮度之LED。 6. —種具有散熱功能之陶瓷基板的製造方法，包括下列步 驟： 提供一陶竞薄板，該陶竞薄板具有複數個導熱通道 (thermal via); 塗佈或印刷一可焊金屬於該些導熱通道上方，以形 13 201004546 成一可焊金屬層； 提供一生胚片，該生胚片具有至少一孔洞（cavity)， ' 該孔洞尺寸大於該些導熱通道尺寸； 堆疊該生胚片於該陶瓷薄板上，該孔洞形成一凹陷 處，且該凹陷處外露出該可焊金屬層； 進行燒結該陶瓷薄板、該生胚片與該可焊金屬層， 以共同形成該陶瓷基板； / 放入一焊料於該凹陷處内；以及 f " 進行一迴焊步驟，使該焊料固化於該凹陷處内。 7. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該焊料係 選自含錫的任何錫t原料。 8. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該可焊金 屬可為 Ag-Pt、Ag-Pd、Ag、Cu、Sn、Ni、Pd 或 Au。 9. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該進行一 迴焊步驟之後，更包含：連接該陶瓷基板於一印刷電路板 ϋ 上。 10. 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該陶瓷基 板與該印刷電路板係透過一焊錫層彼此連接。 11. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該陶瓷薄 板係為一低溫共燒陶免（Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)基板。 12_如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該陶瓷基 板可應用於高功率或高亮度之LED。 14