專利名稱：具有散熱器的電路板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路板(circuit board),特別涉及ー種具有散熱器(heat sink)的電路板。
背景技術(shù)：
多數(shù)的電子元件，其在運(yùn)作過程中會(huì)產(chǎn)生熱。若未有良好的導(dǎo)熱、散熱機(jī)制，這些電子元件會(huì)隨著溫度上升降低自身的效率，甚至其使用壽命會(huì)縮短。以發(fā)光二極管(lightemitting diode, LED)為例，目前發(fā)光二極管的發(fā)光效率已經(jīng)提升至301m/W以上，未來預(yù)期可提升至1201m/W以上。隨著發(fā)光效率的提升，也使發(fā)光二極管的散熱問題日趨嚴(yán)重。當(dāng)發(fā)光二極管隨著電流增加，使芯片接面溫度(junctiontemperature,Tj)也隨之增高，當(dāng)Tj過高，發(fā)光二極管輸出效率與壽命將會(huì)降低?，F(xiàn)行以玻璃纖維制成的印刷電路板(printed circuit board)的基板 (substrate)，也就是所謂的FR4印刷電路板，其熱傳導(dǎo)系數(shù)約在0. 36W/mK。對(duì)發(fā)光二極管而言，F(xiàn)R4玻璃基板僅適用于低功率的發(fā)光二極管。對(duì)于例如高功率發(fā)光二極管等發(fā)熱功率高的電子元件，已有以熱傳導(dǎo)系數(shù)高的金屬(例如，鋁、銅)做為基板的電路板被采用，也就是所謂的金屬芯印刷電路板(metal-coreprintedcircuit board, MCPCB)。此類電路板因金屬基板本身為ー導(dǎo)體,金屬基板與導(dǎo)線層之間必須利用一絕緣體做絕緣，以避免導(dǎo)線層與金屬基板導(dǎo)通。然而，金屬芯印刷電路板多采用高分子材料作為絕緣層材料，高分子材料絕緣層熱傳導(dǎo)率僅0. 2 0. 5ff/mK并且有耐熱方面的問題。因此，原本熱傳導(dǎo)率極佳的金屬基金板，在加入高分子材料絕緣層后，形成熱阻，大幅的降低電路板整體的熱傳導(dǎo)效率，導(dǎo)致金屬芯印刷電路板的熱傳導(dǎo)率僅有IW/mK 2. 2W/mK。以氮化鋁、氧化鋁等兼具高熱傳導(dǎo)與絕緣性佳的陶瓷材料為基板，其上被覆導(dǎo)線層的電路板被采用。以陶瓷基板做的電路板，目前較常見的種類區(qū)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(jié)銅陶瓷基板)、DPC (直接覆銅陶瓷基板)等四種，依不同制程熱傳導(dǎo)系數(shù)在2W/mK 220W/mK之間。但是，以陶瓷基板做的電路板其制造成本仍過尚。對(duì)電路板先前技術(shù)的了解，即可看出當(dāng)下仍需要有一種新的電路板結(jié)構(gòu)，以滿足電路板關(guān)于散熱效果佳、制造成本低廉等要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種散熱效果佳、制造成本低廉的具有散熱器的電路板及其制造方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種電路板，供承載電子元件，該電路板包含一基板、一導(dǎo)線層(lead layer)以及一陶瓷層(ceramic layer)，導(dǎo)線層形成在基板的上表面上，并且包含對(duì)應(yīng)ー電子元件的兩接點(diǎn)(contact point);陶瓷層形成在基板的上表面上，且形成在兩接點(diǎn)之間，陶瓷層即為電子元件的散熱器。作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)電子元件包含ー裸晶(die)，并且陶瓷層的寬度大于或等于裸晶的寬度。陶瓷層的厚度約等于導(dǎo)線層的厚度。陶瓷層可以由氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化硅(SiO2)、氧化鈹(BeO)、氮化硅(Si3N4)或其它兼具高熱傳導(dǎo)與絕緣性佳的陶瓷材料形成。進(jìn)一歩，陶瓷層還可以為ー帶狀陶瓷層，并且?guī)钐沾蓪友由熘粱宓膫?cè)邊以及下表面上。一種制造電路板的方法，首先，制備一基板；接著，在基板的上表面上形成ー導(dǎo)線 層，導(dǎo)線層包含對(duì)應(yīng)ー電子元件的兩接點(diǎn)；最后，在基板的上表面上且在兩接點(diǎn)之間，形成一陶瓷層，陶瓷層即做為電子元件的散熱器。進(jìn)一歩，陶瓷層的形成步驟是先在基板的上表面上且在兩接點(diǎn)之間，形成一材料層。材料層可以由鋁(Al)、硅(Si)或鈹(Be)等所形成。接著，將材料層曝露于高溫氧氣或水蒸氣下進(jìn)行氧化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)樘沾蓪?。進(jìn)一歩，陶瓷層還可以通過有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積制程(MOCVD)、射頻交流濺鍍制程(RFsputtering)、分子束磊晶制程(MBE)、脈沖雷射蒸鍍制程(PLD)或原子層沉積制程(atomiclayer deposition, ALD)等制程形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在干本發(fā)明的電路板兼具散熱效果佳、制造成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的制造電路板的方法具有成本相當(dāng)?shù)土膬?yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明電路板的ー較佳具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中的A-A剖面視圖。圖3是本發(fā)明電路板的另ー較佳具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3中的B-B剖面視圖。圖5是用本發(fā)明方法制備如圖2所示電路板的第一示意圖。圖6是用本發(fā)明方法制備如圖2所示電路板的第二示意圖。圖7是用本發(fā)明方法制備如圖2所示電路板的第三示意圖。圖例說明I、電路板；10、基板;102、上表面;104、下表面;106、側(cè)邊;12、導(dǎo)線層;122、第一接點(diǎn)；124、第二接點(diǎn)；14、陶瓷層；16、材料層；2、電子元件；20、裸晶；22、封裝基板；wl、陶瓷層的覽度；w2、裸晶的覽度。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供ー種具有散熱器的電路板。尤其是，不同于以往的先前技術(shù)，本發(fā)明的具有散熱器的電路板的散熱效果佳、制造成本低廉。以下通過數(shù)個(gè)較佳具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)以及實(shí)施上的可行性做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。
如圖I及圖2所示，本發(fā)明的ー較佳具體實(shí)施例的電路板1，包含一基板10、ー導(dǎo)線層12以及ー陶瓷層14。導(dǎo)線層12形成在基板10的上表面102上，并且包含對(duì)應(yīng)ー電子元件2的兩個(gè)接點(diǎn)，即第一接點(diǎn)122和第二接點(diǎn)124。與典型的電路板相同，電路板I上的導(dǎo)線層12是供多個(gè)電子元件2接合。為說明方便，圖I僅示出一個(gè)電子元件2，但圖I中的導(dǎo)線層12示出4組相對(duì)應(yīng)的第一接點(diǎn)122與第二接點(diǎn)124，以表示供多個(gè)電子元件2接
ム
ロ o 于實(shí)際應(yīng)用中，基板10可以是FR4玻璃基板，導(dǎo)線層12可以是銅箔層。本實(shí)施例中，陶瓷層14形成在基板10的上表面102上，并且形成在相對(duì)應(yīng)的第一接點(diǎn)122與第二接點(diǎn)124之間。陶瓷層14即做為針對(duì)電子元件2的散熱器。 本實(shí)施例中，如圖I所示，電子元件2包含ー裸晶20以及一封裝基板22，裸晶20接合于封裝基板22上。并且，陶瓷層14的寬度wl大于或等于裸晶20的寬度《2。也就是說，做為散熱器的陶瓷層14其寬度wl只要寬到讓陶瓷層14涵蓋裸晶20，即可達(dá)到明顯的散熱效果。陶瓷層14其寬度wl至多僅等于相對(duì)應(yīng)的第一接點(diǎn)122與第二接點(diǎn)124之間的間距。于實(shí)際應(yīng)用中，電子元件2可以是表面黏著型(SMT)或是插件型(DIP)的電子元件，但并不以此為限。本實(shí)施例中，陶瓷層14的厚度約等于導(dǎo)線層12的厚度。也就是說，陶瓷層14的厚度讓電子元件2焊接在基板10上時(shí)電子元件2的底部能緊貼陶瓷層14為優(yōu)選。一般導(dǎo)線層12的厚度約在35 ii m 175 ii m,因此，于實(shí)際應(yīng)用中，陶瓷層14的厚度也約在35 y m 175 u m0本實(shí)施例中，陶瓷層14可以由氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化硅(SiO2)、氧化鈹(BeO)、氮化硅(Si3N4)或其它兼具高熱傳導(dǎo)與絕緣性佳的陶瓷材料形成。請(qǐng)參閱圖3及圖4，圖3及圖4所示出的電路板I的結(jié)構(gòu)大致上與圖I及圖2所示出的電路板I相同。圖3及圖4中具有與圖I及圖2相同號(hào)碼標(biāo)記的元件,有相同或類似的結(jié)構(gòu)以及功能。下文僅對(duì)圖3及圖4所示出的電路板I與圖I及圖2所示出的電路板I不同處進(jìn)行說明。本發(fā)明的另ー較佳具體實(shí)施例的電路板1，其陶瓷層14為ー帶狀陶瓷層14，并且?guī)钐沾蓪?4擴(kuò)及至基板10的側(cè)邊106以及下表面104上，以利做為散熱器的陶瓷層14蓄積熱量的能力提升。本發(fā)明制造電路板的方法，其具體步驟如下如圖5所不，首先,制備一基板10?；?0具有一上表面102以及ー下表面104。接著，如圖6所示，在基板10的上表面102上，形成一導(dǎo)線層12，例如，銅箔層。導(dǎo)線層12包含對(duì)應(yīng)如圖I所示的電子元件2的兩個(gè)接點(diǎn)，第一接點(diǎn)122和第二接點(diǎn)124。最后，在基板10的上表面102上且在相對(duì)應(yīng)的第一接點(diǎn)122和第二接點(diǎn)124之間，形成一陶瓷層14。陶瓷層14即做為針對(duì)如圖I所示的電子元件2的散熱器。如圖7所示，本實(shí)施例中，陶瓷層14的形成方法為先在基板10的上表面102上且在第一接點(diǎn)122和第二接點(diǎn)124之間，形成一材料層16。材料層16可以由鋁(Al)、硅(Si)或鈹(Be)等所形成，并可以通過電鍍制程、無電鍍制程或蒸鍍制程等制程形成在基板10的上表面102上。接著，將材料層16曝露于高溫氧氣或水蒸氣下進(jìn)行氧化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)樘沾蓪?4。在材料層16進(jìn)行氧化過程中，基板10的其余部分需被遮蔽，以免被氧化。顯見地，與以陶瓷基板做的電路板的先前技術(shù)相比較，本發(fā)明的制造具有散熱器的電路板的方法成本相當(dāng)?shù)土?。此外，于其它具體實(shí)施例中，陶瓷層14也可以通過有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積制程(MOCVD)、射頻交流濺鍍制程(RF sputtering)、分子束磊晶制程(MBE)、脈沖雷射蒸鍍制程(PLD)或原子層沉積制程(atomic layer deposition, ALD)等制程形成在基板10的上表面102上且在第一接點(diǎn)122和第二接點(diǎn)124之間。上述制程皆是己商用化的制程，且僅局部形成陶瓷層，所以與以陶瓷基板做的電路板的先前技術(shù)相比較，本發(fā)明的制造具有散熱器的電路板的方法成本相當(dāng)?shù)土＠冒l(fā)光二極管作為電子元件，并采用本發(fā)明的具有散熱器的電路板進(jìn)行熱模擬分析。發(fā)光二極管的相關(guān)參數(shù)請(qǐng)參閱表I。本發(fā)明的基板為60mmX60mmX I. 5mm的FR4基板(含30%玻璃纖維)(熱傳導(dǎo)系數(shù)lW/mK)。將16顆發(fā)光二極管以陣列方式排列于基板 之上，并通入0.5W的電流，總通入功率為8W。由銅形成的導(dǎo)線層厚度0.070mm。做為散熱器的陶瓷層的長度為62mm、寬度為7mm以及厚度為0. 070mm。于此熱模擬分析案例中，使用熱模擬分析軟件FL0THERM進(jìn)行散熱的測試，取(a) 16顆發(fā)光二極管內(nèi)部溫度、(b)發(fā)光二極管與散熱器之間接面、(C)散熱器與基板之間接面進(jìn)行分析，并以不使用散熱器、使用FR4材料形成散熱器、使用氧化鋁形成散熱器、使用氮化鋁形成散熱器、使用銅形成散熱器等情況進(jìn)行熱模擬分析。表I
封裝基板
長度7.4mm
寬度11. I mm
高度0.035mm
裸晶
長度2. 8mm~——--
覽度3. 2mm
厚度(上層)0.95mm
厚度(下層)0.95mm
上層熱阻(Resistance)I X 10loK/W(熱無法穿透)
下層熱阻(Resistance)11K/W
熱傳導(dǎo)系數(shù)(Conductivity)395 ff/mK針對(duì)不使用散熱器的情況進(jìn)行熱模擬分析，由模擬結(jié)果得知模擬系統(tǒng)溫度主要集中于發(fā)光二極管的核心位置，最高平均溫度接近94. 90°C，而熱量主要由銅導(dǎo)線層散熱為主。而原設(shè)定散熱器與基板之間接面位置溫度為79. 61°C，相對(duì)熱阻約為0. 9560C /W，總熱阻(Rt)為 4. 369°C /W。針對(duì)使用FR4散熱器的情況進(jìn)行熱模擬分析，由模擬結(jié)果得知模擬系統(tǒng)溫度主要集中于發(fā)光二極管的核心位置，最高平均溫度接近91. 27°C，而熱量主要由銅線散熱為主，惟底部也具有少量的散熱效果。而散熱器與基板之間接面溫度為68. 55°C，相對(duì)熱阻約為I. 4200C /W，總熱阻(Rt)為 4. 1420C /W。針對(duì)使用氧化鋁散熱器的情況進(jìn)行熱模擬分析，由模擬結(jié)果得知模擬系統(tǒng)溫度主要集中于發(fā)光二極管的核心位置，最高平均溫度接近57. 85°C，而熱量主要由散熱器及銅線散熱為主。而散熱器與基板之間接面溫度為57. 1TC，相對(duì)熱阻約為0.046°C /W，總熱阻(Rt)為 2. 0530C /W。針對(duì)使用氮化鋁散熱器的情況進(jìn)行熱模擬分析時(shí)，由模擬結(jié)果得知模擬系統(tǒng)溫度主要集中于發(fā)光二極管的核心位置，最高平均溫度接近57. 00°C ，而熱量主要由散熱器及銅線散熱為主。而散熱器與基板之間接面溫度為56. 68°C，相對(duì)熱阻約為0. 0200C /W，總熱阻(Rt)為 2. OOO0C /W。針對(duì)使用銅散熱器的情況進(jìn)行熱模擬分析時(shí)，由模擬結(jié)果得知模擬系統(tǒng)溫度主要集中于發(fā)光二極管的核心位置，最高平均溫度接近56. 90°C，而熱量主要由散熱器及銅線散熱為主。而散熱器與基板之間接面溫度為56. 61°C，相對(duì)熱阻約為0. OlS0C /W，總熱阻(Rt)為 I. 9940C /W。比較不使用散熱器、FR4散熱器、氧化鋁散熱器、氮化鋁散熱器、銅散熱器的熱模擬分析結(jié)果，最高平均溫度分別為94. 90°C、91. 27°C>57. 85°C>57. 00°C>56. 90°C。熱模擬分析結(jié)果足以證明氧化鋁散熱器、氮化鋁散熱器以及銅散熱器都可以有效地對(duì)電子元件進(jìn)行散熱。但考慮到不能讓導(dǎo)線層造成短路，所以選用陶瓷層做為散熱器為最佳。通過以上的詳細(xì)說明，可以清楚地了解本發(fā)明的具有散熱器的電路板，不同于以往的先前技術(shù)，本發(fā)明兼具散熱效果佳、制造成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電路板，供承載電子元件，其特征在于，所述電路板包含 一基板，所述基板具有一上表面； 一導(dǎo)線層，所述導(dǎo)線層形成在所述上表面上，且包含對(duì)應(yīng)所述電子元件的兩接點(diǎn)；以及ー陶瓷層，所述陶瓷層形成在所述上表面上，且形成在所述兩接點(diǎn)之間，所述陶瓷層做為所述電子元件的ー散熱器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板，其特征在于，所述電子元件包含ー裸晶，并且所述陶瓷層的寬度大于或等于所述裸晶的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路板，其特征在于，所述陶瓷層的厚度等于所述導(dǎo)線層的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路板，其特征在于，所述陶瓷層為一帯狀陶瓷層，并且所述帯狀陶瓷層延伸至所述基板的側(cè)邊以及下表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路板，其特征在于，所述陶瓷層是由氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化硅、氧化鈹以及氮化硅中的任ー種所形成。
6.一種制造電路板的方法，其特征在于，包含下列步驟 制備一基板； 在所述基板的上表面上，形成一導(dǎo)線層，聽述導(dǎo)線層包含對(duì)應(yīng)ー電子元件的兩接點(diǎn)；以及在所述基板的所述上表面上且在所述兩接點(diǎn)之間，形成一陶瓷層，所述陶瓷層做為所述電子元件的ー散熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述電子元件包含ー裸晶，所述陶瓷層的寬度大于或等于所述裸晶的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述陶瓷層的厚度等于所述導(dǎo)線層的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述陶瓷層的形成包含下列步驟 在所述基板的所述上表面上且在所述兩接點(diǎn)之間，形成一材料層，所述材料層是由鋁、硅以及鈹中的任ー種所形成； 以及將所述材料層曝露于高溫氧氣或水蒸氣下進(jìn)行氧化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)樗鎏沾蓪印?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述陶瓷層是由氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化硅、氧化鈹以及氮化硅中的任ー種所形成，并且所述陶瓷層是由有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積制程、射頻交流濺鍍制程、分子束磊晶制程、脈沖雷射蒸鍍制程以及原子層沉積制程中的任一制程所形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有散熱器的電路板及其制造方法。該電路板包含一基板、一導(dǎo)線層以及一陶瓷層，導(dǎo)線層形成在基板的上表面上，且包含對(duì)應(yīng)一電子元件的兩接點(diǎn)，陶瓷層形成在基板的上表面上，并形成在兩接點(diǎn)之間。陶瓷層即做為針對(duì)電子元件的散熱器。該制造方法為先制備一基板；再在基板的上表面上形成一導(dǎo)線層，導(dǎo)線層包含對(duì)應(yīng)一電子元件的兩接點(diǎn)；最后在基板的上表面上且在兩接點(diǎn)之間，形成一陶瓷層。本發(fā)明具有散熱效果佳、制造成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L33/64GK102811550SQ20121000923
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者李金連 申請(qǐng)人:李金連