專利名稱：基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種基板與異質(zhì)性元件的結(jié)合應(yīng)用，特別是關(guān)于一種基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良及其方法。
背景技術(shù)：
近年來，發(fā)光二極管(LED)的應(yīng)用版圖持續(xù)地向消費市場擴大，白光照明的應(yīng)用也隨著全球暖化的議題，讓LED繼背光應(yīng)用之后持續(xù)發(fā)燒。然而，隨著LED發(fā)光源的必然替代趨勢，散熱問題將正式成為對LED發(fā)展與產(chǎn)品滲透率的關(guān)鍵影響；散熱不佳會造成幾個嚴重的現(xiàn)象，首先會造成波長的改變，例如從450nm的藍光變成480nm的藍綠色，其次會造成亮度降低(LED內(nèi)部量子轉(zhuǎn)換效率被降低)，甚至最后還會影響產(chǎn)品可靠性(熱會降低封裝材料壽命)。在高功率發(fā)光二極管(High Power LED)方面，目前為解決高發(fā)熱量的問題，有使用陶瓷基板、銅基板或鋁基板做為散熱載板。但其中除了銅基板因具備有金屬的焊接性， 可以直接使基板與散熱鰭片進行焊接來提高散熱效率，其余二種載板都具有焊接不易的問題。陶瓷基板由于材料特性問題，傳統(tǒng)使用銀膠印刷使表面緊密附著一層金屬層，方可進行后加工制程。目前市面上以鋁基板做為金屬基印刷電路板為主要大宗，若要以鋁基板做為高功率發(fā)光二極管載板時，鋁基板的不可焊接特性就變成在提高熱傳效能時的首要克服要件。此外，其他所有具有焊接不易特性材質(zhì)的載板，也需要找出可將散熱結(jié)構(gòu)直接焊接于載板上的方法。

發(fā)明內(nèi)容
陶瓷、鋁材及其他所有具有焊接不易性質(zhì)的基板，要將基板與散熱鰭片或LED晶粒等電子元件以金屬介面直接焊接有其操作上的困難度，此部份成了亟待解決的問題。緣此，本發(fā)明的一目的即是提供一種基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，主要采用真空鍍膜法在基板進行表面處理，形成金屬薄層后以利后續(xù)焊接結(jié)合作業(yè)。本發(fā)明的另一目的即是提供一種利用上述方法所得的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良ο本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題所采用的技術(shù)手段為一種基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其步驟包括(a)提供一基板；(b)以真空鍍膜法在該基板的頂面及底面分別形成一第一金屬層及一第二金屬層；(C)將一散熱結(jié)構(gòu)透過一結(jié)合手段結(jié)合于該基板底面的第二 ^^^J^l J^ ο在本發(fā)明的一實施例中，上述方法中的基板為一陶瓷基板。在本發(fā)明的另二實施例中，上述方法中的基板為一鋁基板。經(jīng)上述方法所得的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，在結(jié)構(gòu)上其包括一基板，具有一頂面及一底面，該基板的頂面以真空鍍膜法鍍有一第一金屬層，該基板的底面以真空鍍膜法鍍有一第二金屬層；一散熱結(jié)構(gòu)，透過一結(jié)合手段結(jié)合于該基板底面的第二金屬層。
經(jīng)由本發(fā)明所采用的技術(shù)手段，無論是使用陶瓷基板、鋁基板(金屬材質(zhì))或其他所有具有焊接不易性質(zhì)的基板，均可以真空鍍膜法將熱源的傳導(dǎo)介面由高分子膠系改為傳熱性質(zhì)較佳的金屬介面，大幅提升整體熱傳系數(shù)，解決此類基板的不可焊接特性，并藉由熱傳導(dǎo)性的提升以延長LED晶粒封裝的壽命及使用效率。


圖1為本發(fā)明基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法第一實施例的流程方塊圖；圖2A 2F為本發(fā)明基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法第一實施例的流程示意3為本發(fā)明基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法第二實施例的流程方塊圖；圖4A 4F為本發(fā)明基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法第二實施例的流程示意5為本發(fā)明基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法第三實施例的流程方塊圖；圖6A 6F為本發(fā)明基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法第三實施例的流程示意圖<主要元件符號說明基板1頂面 101底面102第一金屬層121第二金屬層122電子元件 13接線131焊錫132散熱結(jié)構(gòu) 14基板2頂面201底面202第一金屬層211第二金屬層212電路圖型 22電路層 221絕緣層 222電子元件 23接線231焊錫232散熱結(jié)構(gòu) 24基板3頂面301底面302第一金屬層311第二金屬層312
電路圖型 32
電路層 321
絕緣層 322
電子元件33
接線 331
焊錫 332
散熱結(jié)構(gòu)3具體實施例方式實施例1 陶瓷基板請參閱圖1，是顯示本實施例的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法的流程方塊圖。并可同時配合參閱圖2A 圖2F，是顯示各個步驟的示意圖。本實施例的方法包括下列步驟提供一基板1 (步驟101)。本實施例中的基板1為陶瓷基板，例如可以是氧化鋁基板、氮化鋁基板、碳化硅基板或氧化鈹基板等常用的陶瓷基板(參閱圖2A)。以真空鍍膜法在基板1的頂面101及底面102分別形成一第一金屬層121及一第二金屬層122(步驟10 。此步驟中的真空鍍膜法可包括傳統(tǒng)真空濺鍍、低溫真空濺鍍、批次式真空濺鍍及連續(xù)式真空濺鍍等，將靶材表面粒子打出并沉積在基板1頂面101及底面 102上形成厚度在0. 1 0. 5 μ m內(nèi)的金屬薄膜(參閱圖2B)。將基板1的第一金屬層121進行圖案化處理如曝光顯影(步驟10 。此步驟完成后可使第一金屬層121蝕刻形成具有特定電路圖形的電路層(參閱圖2C)。將基板1的第一金屬層121及第二金屬層122以電鍍法進行增厚(步驟104)。此步驟中可利用化學(xué)電鍍銅、銀等金屬材料，使第一金屬層121及第二金屬層122增厚，以利于后續(xù)焊接結(jié)合的步驟(參閱圖2D)。在此的增厚步驟并非必要條件，可視實際情況及需求而定。若無進行電鍍增厚，則第一金屬層121及第二金屬層122以濺鍍形成厚度0. 5 μ m，若欲以電鍍增厚則第一金屬層121及第二金屬層122以濺鍍形成厚度約0. 1 0.5 μ m。將一電子元件13透過一結(jié)合手段結(jié)合于基板1頂面101的第一金屬層121 (步驟
105)。本步驟中的電子元件13例如可以是LED晶粒，而結(jié)合手段例如可以利用焊接方法， 將LED晶粒焊接于第一金屬層121，以及將其接線131焊接于焊錫132，以電性連接于基板 1的第一金屬層121(參閱圖2E)。將一散熱結(jié)構(gòu)14透過一結(jié)合手段結(jié)合于基板1底面的第二金屬層122(步驟
106)。本步驟中的散熱結(jié)構(gòu)14例如可以是散熱鰭片或其他散熱結(jié)構(gòu)，而結(jié)合手段同樣地可利用焊接方法，將其接合于基板1底面102第二金屬層122(參閱圖2F)。經(jīng)由本實施例方法所得的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，在結(jié)構(gòu)上，其包括在基板 1 (陶瓷基板)的頂面101及底面102分別以真空鍍膜法(濺鍍)鍍有第一金屬層121及第二金屬層122，并利用焊接法將電子元件13 (LED晶粒)結(jié)合于基板1頂面101的第一金屬層121，以及將散熱結(jié)構(gòu)14(散熱鰭片)結(jié)合于基板1底面102的第二金屬層122。實施例2:鋁基板(一)請參閱圖3，是顯示本實施例的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法的流程方塊圖。并可同時配合參閱圖4A 圖4F，是顯示各個步驟的示意圖。本實施例的方法包括下列步驟
提供一基板2(步驟201)。本實施例中的基板2為鋁基板，由于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)高、 散熱好，可以有效的將內(nèi)部熱量導(dǎo)出(參閱圖4A)。以真空鍍膜法在基板2的頂面201及底面202分別形成一第一金屬層211及一第二金屬層212(步驟20 。與第一實施例相同，此步驟中的真空鍍膜法可包括傳統(tǒng)真空濺鍍、低溫真空濺鍍、批次式真空濺鍍及連續(xù)式真空濺鍍等，將靶材表面粒子打出并沉積在基板2頂面201及底面202上形成厚度在0. 1 0. 5 μ m內(nèi)的金屬薄膜，其材質(zhì)可以是銅或鈦等金屬材質(zhì)(參閱圖4B)。將基板2的第一金屬層211及第二金屬層212以電鍍法進行增厚(步驟20 。此步驟中可利用化學(xué)電鍍銅、銀等金屬材料，使第一金屬層211及第二金屬層212增厚，以利于后續(xù)焊接結(jié)合的步驟(參閱圖4C)。此步驟同第一實施例，并非屬必要條件，可視實際情況而定。若無進行電鍍增厚，則第一金屬層211及第二金屬層212以濺鍍形成厚度0. 5 μ m， 若欲以電鍍增厚則第一金屬層211及第二金屬層212以濺鍍形成厚度約0. 1 0. 5μπι。在基板2的第一金屬層211上形成一電路圖型(步驟204)。此步驟在第一金屬層 211上所形成的電路圖型22，由電路層221及絕緣層222所組成，且其經(jīng)過圖案化處理例如曝光顯影，以形成特定的電路圖型(參閱圖4D)。將一電子元件23透過一結(jié)合手段結(jié)合于基板2頂面201的第一金屬層221 (步驟
205)。本步驟中的電子元件23例如可以是本實施例的LED晶粒(或其他IC元件)，而結(jié)合手段例如可以利用焊接方法，將LED晶粒焊接于第一金屬層211，以及將其接線231焊接于焊錫232，以電性連接于基板2的電路層221 (參閱圖4E)。將一散熱結(jié)構(gòu)M透過一結(jié)合手段結(jié)合于基板2底面202的第二金屬層212 (步驟
206)。本步驟中的散熱結(jié)構(gòu)M例如可以是散熱鰭片或其他散熱結(jié)構(gòu)，而結(jié)合手段同樣地可利用焊接方法，將其接合于基板2底面202第二金屬層212(參閱圖4F)。經(jīng)由本實施例方法所得的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，在結(jié)構(gòu)上與前述實施例相似，包括在基板2 (鋁基板)的頂面201及底面202分別以真空鍍膜法(濺鍍)鍍有第一金屬層211及第二金屬層212，并可經(jīng)由圖案化處理在基板2上形成特定的電路圖型22 (包括電路層221及絕緣層222)，并利用焊接法將電子元件23 (LED晶粒)結(jié)合于基板2頂面201 的第一金屬層211，以及將散熱結(jié)構(gòu)24(散熱鰭片)結(jié)合于基板2底面202的第二金屬層 212。實施例3 鋁基板(二)請參閱圖5，是顯示本實施例的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法的流程方塊圖。并可同時配合參閱圖5A 圖5F，是顯示各個步驟的示意圖。由于本實施例為使用鋁基板的另一實施例，其實施步驟細節(jié)與第二實施例大多相似，相同之處則不再贅述，僅針對重點部份作說明。本實施例的方法包括下列步驟提供一基板3 (步驟301)。同實施例2，本實施例中的基板3為鋁基板(參閱圖 5A)。在基板3的頂面301預(yù)定位置形成一絕緣層322 (步驟30 ，參閱圖5B。以真空鍍膜法(濺鍍)在基板3的頂面301及底面302預(yù)定位置局部地形成一第一金屬層311及一第二金屬層312 (步驟30 。其中形成于絕緣層322上的金屬薄膜即為電路層321，以構(gòu)成特定的電路圖型32 (參閱圖5C)。
將基板3的第一金屬層311、第二金屬層312及電路層321以電鍍法進行增厚(步驟304)(參閱圖5D)。此步驟同上述實施例，并非屬必要條件，可視實際情況而定，其厚度需求與第二實施例相同。將一電子元件33 (LED晶粒)透過一結(jié)合手段結(jié)合于基板3頂面301的第一金屬層311 (步驟305)。利用焊接方法，將LED晶粒焊接于第一金屬層311，以及將其接線331 焊接于焊錫332，以電性連接于基板3的電路層321 (參閱圖5E)。將一散熱結(jié)構(gòu)34透過一結(jié)合手段結(jié)合于基板3底面302的第二金屬層312 (步驟 306)。本步驟中的散熱結(jié)構(gòu)34例如可以是散熱鰭片或其他散熱結(jié)構(gòu)，而結(jié)合手段同樣地可利用焊接方法，將其接合于基板3底面302第二金屬層312(參閱圖5F)。另外，本實施例方法中的基板3，也可以是已經(jīng)布好電路圖型32的基板，直接從步驟303開始進行，將第一金屬層311局部地形成于預(yù)定位置上，而后續(xù)焊接LED晶粒及散熱鰭片的步驟則與實施例2相似，在此不再贅述。經(jīng)由本實施例方法所得的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，在結(jié)構(gòu)上與前述實施例相似，包括在基板3 (鋁基板)的頂面301及底面302分別以真空鍍膜法(濺鍍)鍍有第一金屬層311及第二金屬層312，并利用焊接法將電子元件33 (LED晶粒)結(jié)合于基板3頂面 301的第一金屬層311，以及將散熱結(jié)構(gòu)34(散熱鰭片)結(jié)合于基板3底面302的第二金屬層 312。由以上實施例可知，本發(fā)明所提供的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良及其方法確具產(chǎn)業(yè)上的利用價值，惟以上的敘述僅為本發(fā)明的較佳實施例說明，凡精于此項技藝者當可依據(jù)上述的說明而作其它種種的改良，但這些改變?nèi)詫儆诒景l(fā)明的精神及權(quán)利要求范圍中。 雖在本發(fā)明的第一及第二實施例中分別使用陶瓷基板及鋁基板作說明，但并非僅限于此兩種基板，本發(fā)明所提供的方法亦可應(yīng)用于其他不可焊接性的基板上。
權(quán)利要求
1.ー種基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其步驟包括(a)提供一基板；(b)以真空鍍膜法在該基板的頂面及底面分別形成一第一金屬層及ー第二金屬層；(c)將ー散熱結(jié)構(gòu)透過ー結(jié)合手段結(jié)合于該基板底面的第二金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(c)還包括將ー電子元 件透過該結(jié)合手段結(jié)合于該基板頂面的第一金屬層。
3.如權(quán)利要求2所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中該電子元件為ーLED晶?；?IC元件。
4.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(b)的真空鍍膜法為濺鍍。
5.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(b)的第一金屬層及第 ニ金屬層的材質(zhì)為銅或鈦。
6.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(b)的第一金屬層為局 部地形成于該基板的頂面。
7.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(a)的基板為一已布有 電路圖型的基板。
8.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(a)的基板為ー陶瓷基板。
9.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(a)的基板為ー鋁基板。
10.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中在步驟(b)之后還包括在該 第一金屬層上形成一電路圖型。
11.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(b)的第一金屬層及第 ニ金屬層的厚度至少為0. 5 μ m。
12.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中在步驟(b)之后還包括將該 基板的第一金屬層及第二金屬層以電鍍法進行增厚使其厚度至少為0. 5μπι。
13.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(c)的結(jié)合手段為ー焊 接法。
14.如權(quán)利要求1所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合方法，其中步驟(c)的該散熱結(jié)構(gòu)為一 散熱鰭片。
15.ー種基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，包括一基板，具有一頂面及一底面，該基板的頂面以真空鍍膜法鍍有ー第一金屬層，該基板 的底面以真空鍍膜法鍍有ー第二金屬層；一散熱結(jié)構(gòu)，透過ー結(jié)合手段結(jié)合于該基板底面的第二金屬層。
16.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該基板頂面的第一金屬層 還包括透過該結(jié)合手段結(jié)合一電子元件。
17.如權(quán)利要求16所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該電子元件為ーLED晶粒 或IC元件。
18.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該真空鍍膜法為濺鍍。
19.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該第一金屬層及第二金屬層的材質(zhì)為銅或鈦。
20.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該第一金屬層為局部地形成于該基板的頂面。
21.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該基板為一已布有電路圖型的基板。
22.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該基板為一陶瓷基板。
23.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該基板為一鋁基板。
24.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該基板的第一金屬層及第二金屬層的厚度至少為0. 5 μ m。
25.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該基板的第一金屬層及第二金屬層還以一電鍍法進行增厚使其厚度至少為0. 5μπ 。
26.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該散熱結(jié)構(gòu)為一散熱鰭片。
27.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該第一金屬層為一電路層。
28.如權(quán)利要求15所述的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，其中該結(jié)合手段為一焊接法。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良及其方法，其步驟包括(a)提供一基板；(b)以真空鍍膜法在該基板的頂面及底面分別形成一第一金屬層及一第二金屬層；(c)將一散熱結(jié)構(gòu)透過一結(jié)合手段結(jié)合于該基板底面的第二金屬層。經(jīng)由本發(fā)明的方法所得到的基板與散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)合改良，無論陶瓷基板或是鋁基板均可以真空鍍膜法將熱源的傳導(dǎo)介面由高分子膠改為傳熱性質(zhì)較佳的金屬介面，大幅提升整體熱傳系數(shù)，解決此類基板的不可焊接特性，并藉由熱傳導(dǎo)性的提升以延長LED晶粒封裝的壽命及使用效率。
文檔編號H01L23/36GK102447018SQ201010506480
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者吳煜明, 楊維鈞, 趙偉杰, 陳怡臻 申請人:柏騰科技股份有限公司