TWI463710B - 接合導熱基板與金屬層的方法 - Google Patents

Description

接合導熱基板與金屬層的方法

本發明是有關於一種接合方法，且特別是有關於一種接合導熱基板與金屬層的方法。

在目前的接合技術中，為了導熱的目的，可藉由導熱膠來接合二個元件來同時達成結構連接及導熱連接。此外，為了提高導熱的效果，還可以使用銲料來進行接合。

隨著技術的進步，電子元件的效能越來越高，其所產生的熱也越來越多。因此，電子元件必須藉由連接至散熱器以迅速地將電子元件所產生的熱傳送至散熱器，藉此防止電子元件因高溫而失效。

然而，導熱膠或銲料的導熱係數均已無法滿足目前高導熱的需求。對於發光二極體(light emitting diode，LED)而言，導熱膠或銲料已無法滿足其散熱需求。

本發明提供一種接合導熱基板與金屬層的方法，其用以接合導熱基板與金屬層。

本發明提出一種接合導熱基板與金屬層的方法，此方法是先提供導熱基板、第一金屬層與前置層，其中前置層位於導熱基板與第一金屬層之間，且前置層為第二金屬層或金屬氧化物層。之後，於無氧環境下，對前置層進行加 熱製程，以將前置層轉換成接合層來接合導熱基板與第一金屬層。加熱製程的溫度小於或等於300℃。

基於上述，本發明在無氧環境下對導熱基板與第一金屬層之間的前置層進行加熱，以將前置層轉換成接合層來接合導熱基板與第一金屬層。由於本發明僅在小於或等於300℃的溫度下對前置層進行加熱，因此可以避免其他元件受到高溫的損害。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A至圖1B為依照本發明一實施例所繪示的接合導熱基板與金屬層的流程剖面圖。首先，請參照圖1A，提供導熱基板100、金屬層102與前置層104。導熱基板100的材料例如是金屬或合金，如銅、銅合金、鋁或鋁合金。或者，導熱基板100也可以是具有金屬表面的陶瓷基板。金屬層102的材料例如是銅、鎳、銀或金。當金屬層102接合至到金屬導熱基板或陶瓷基板的金屬表面之後，導熱基板100用於將來自金屬層102的熱傳導至外部，亦即導熱基板100作為散熱器之用。

前置層104位於導熱基板100與金屬層102之間。在一實施例中，前置層104是先形成於導熱基板100上，然後再疊合導熱基板100與金屬層102，以使前置層104位於導熱基板100與金屬層102之間。在另一實施例中，也 可以是前置層104先形成於金屬層102上，然後再疊合導熱基板100與金屬層102。

前置層104可為金屬層。在一實施例中，金屬層的材料例如為銀或銅，且其形成方法例如是利用電鍍的方式，於導熱基板100或金屬層102上鍍上一層金屬材料。

或者，在另一實施例中，當金屬層也可以為含有多個金屬粒子的膠層。上述金屬粒子的材質例如為銀、銅或其組合，且其粒徑範圍例如介於5奈米至50奈米。此時，金屬層的形成方法例如是將含有金屬粒子的膠體塗佈於導熱基板100或金屬層102上。

此外，當前置層104也可以為金屬氧化物層。在一實施例中，金屬氧化物層為氧化銀層或氧化銅層，且其形成方法例如是無電鍍(electroless plating)法。舉例來說，在欲形成的金屬氧化物層為氧化銀層的情況下，可將導熱基板100置於硝酸銀溶液中來進行化學反應，使硝酸銀於導熱基板100的表面上反應形成氧化銀。

在另一實施例中，金屬氧化物層也可以為含有多個金屬氧化物粒子的膠層。上述的金屬氧化物粒子的材質例如為氧化銀或氧化銅，此時，金屬氧化物層的形成方法例如是將含有金屬氧化物粒子的膠體塗佈於導熱基板100或金屬層102上。

之後，請參照圖1B，於無氧環境下對前置層104進行加熱製程106，以將前置層104轉換成接合層108來接合導熱基板100與金屬層102上述的無氧環境可以是惰性 氣體或還原氣體的環境。惰性氣體例如為氮氣或氬氣。還原氣體例如為氫氣或含有氫氣的氣體。此外，加熱製程106的溫度小於或等於300℃。

特別一提的是，由於加熱製程106的溫度小於或等於300℃，其遠低於前置層104(金屬層或金屬氧化物層)的熔點，亦即可在較低的溫度下接合導熱基板100與金屬層102，因此可避免其他元件在高溫下受到損壞的問題。此外，由於用於接合導熱基板100與金屬層102的材料為金屬或金屬氧化物，其具有良好的熱傳導特性，因此可以有效地將來自金屬層102的熱傳導至導熱基板100而散出，以同時達成結構接合以及導熱的目的。

以下舉例說明以本發明之接合導熱基板與金屬層的方法所形成的結構。

圖2為依照本發明一實施例所繪示的晶片設置於導熱基板上的結構的剖面示意圖。請參照圖2，晶片202裝設於包含陶瓷層204的堆疊結構上。陶瓷層204的材料例如為氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、碳化矽等。陶瓷層204的表面具有銅層206。銅層206即為本發明中的第一金屬層。

此外，上述的堆疊結構裝設於可作為散熱器的導熱基板200上。導熱基板200的材料例如為金屬或合金，或是具有金屬表面的陶瓷基板。接合層208配置於導熱基板200與銅層206之間，用以接合導熱基板200與銅層206。接合層208為依照圖1A至圖1B中的方法將前置層104轉換而成。

由上述可知，由於在以加熱製程接合導熱基板200與銅層206的過程中，溫度小於或等於300℃，其遠低於金屬或金屬氧化物的熔點，亦即可在較低的溫度下接合導熱基板200與銅層206，因此可避免其他元件在高溫下受到損壞。

此外，由於接合層208為金屬或金屬氧化物，其具有良好的熱傳導特性，因此可以有效地將晶片202產生的熱傳導至導熱基板200並散出。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧導熱基板

102‧‧‧金屬層

104‧‧‧前置層

106‧‧‧加熱製程

108、208‧‧‧接合層

202‧‧‧晶片

204‧‧‧陶瓷層

206‧‧‧銅層

圖1A至圖1B為依照本發明一實施例所繪示的接合導熱基板與金屬層的流程剖面圖。

圖2為依照本發明一實施例所繪示的晶片設置於導熱基板上的結構的剖面示意圖。

100‧‧‧導熱基板

102‧‧‧金屬層

106‧‧‧加熱製程

108‧‧‧接合層

Claims (18)

1. 一種接合導熱基板與金屬層的方法，包括：提供一導熱基板、一第一金屬層及一前置層，其中該前置層位於該導熱基板與該第一金屬層之間，且該前置層為一第二金屬層或一金屬氧化物層；以及於一無氧環境下，對該前置層進行一加熱製程，以將該前置層轉換成一接合層來接合該導熱基板與該第一金屬層，其中該加熱製程的溫度小於或等於300℃。
2. 如申請專利範圍第1項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中在該前置層形成於該導熱基板或該第一金屬層上之後，疊合該導熱基板與該第一金屬層，以使該前置層位於該導熱基板與該第一金屬層之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該第二金屬層包括銀層或銅層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該第二金屬層的形成方法包括電鍍法。
5. 如申請專利範圍第1項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該第二金屬層為含有多個金屬粒子的膠層。
6. 如申請專利範圍第5項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該些金屬粒子的材質包括銀、銅或其組合。
7. 如申請專利範圍第5項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該些金屬粒子的粒徑範圍介於5奈米至 50奈米。
8. 如申請專利範圍第5項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該第二金屬層的形成方法包括塗佈法。
9. 如申請專利範圍第1項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該金屬氧化物層包括氧化銀層或氧化銅層。
10. 如申請專利範圍第9項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該金屬氧化物層的形成方法包括無電鍍法。
11. 如申請專利範圍第1項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該金屬氧化物層為一含有多個金屬氧化物粒子的膠層。
12. 如申請專利範圍第11項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該些金屬氧化物粒子的材質包括氧化銀或氧化銅。
13. 如申請專利範圍第11項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該金屬氧化物層的形成方法包括塗佈法。
14. 如申請專利範圍第1項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該導熱基板的材料包括金屬或合金。
15. 如申請專利範圍第1項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該導熱基板包括具有一金屬表面的一陶瓷基板，且該第一金屬層藉由該接合層與該金屬表面接合。
16. 如申請專利範圍第1項所述之接合導熱基板與金 屬層的方法，其中該無氧環境包括一惰性氣體或一還原氣體的環境。
17. 如申請專利範圍第16項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該惰性氣體包括氮氣或氬氣。
18. 如申請專利範圍第16項所述之接合導熱基板與金屬層的方法，其中該還原氣體包括氫氣或含有氫氣的氣體。