專(zhuān)利名稱(chēng)：具有散熱孔的陶瓷基板的制作方法
具有散熱孔的陶瓷基板發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及陶瓷基板中的散熱孔的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于形成的電路愈來(lái)愈復(fù)雜，因此對(duì)基板具有更好的熱發(fā)散性能的需求 也日益增多。改善散熱性的已知方法是改善基板等組成材料的熱導(dǎo)率。例如，W02002-045470公 開(kāi)了一種通過(guò)焙燒之前降低氮化鋁模制主體中殘余碳的含量來(lái)獲得高熱傳導(dǎo)率的氮化鋁 的方法。另一種改善散熱性的已知方法是使用散熱孔。由薄片和其他熱發(fā)生器產(chǎn)生的熱量 通過(guò)散熱孔傳遞到基板以外。JP 2002-158318公開(kāi)了通過(guò)在散熱孔周邊布置高熱傳導(dǎo)材料 來(lái)促進(jìn)散熱的技術(shù)。為了達(dá)到改善散熱性的目的，可以把散熱孔的尺寸做大；但如果散熱孔太大，則散 熱孔填料與散熱孔四周之間的粘附力不足，填料可能在受到外力時(shí)脫落。期望提供確保散熱孔填料與大開(kāi)口的散熱孔四周之間的粘附力的方法。發(fā)明概述本發(fā)明是具有散熱孔的陶瓷基板，散熱孔穿過(guò)該基板以用于將熱量發(fā)散到基板以 外，其中該陶瓷基板具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將散熱孔的開(kāi)口分成兩個(gè)或更多個(gè)，并且該 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度小于散熱孔的高度。本發(fā)明還涉及制造所述陶瓷基板以及包括該陶瓷基板的電子元件的方法。通過(guò)在陶瓷基板上提供與散熱孔內(nèi)具體環(huán)境匹配的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)有可能增強(qiáng)陶瓷基 板與散熱孔內(nèi)填料之間的粘合強(qiáng)度，從而使填料在受到外力時(shí)不會(huì)脫落。附圖簡(jiǎn)述圖IA和IB示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中陶瓷基板的結(jié)構(gòu)，圖IA為頂視圖，圖 IB為剖面圖；圖2A和2B示出了本發(fā)明的陶瓷基板中散熱孔與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，圖2A和 2B示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的頂視圖和剖面圖，圖2C至圖2H示出了比較實(shí)施例的視 圖；圖3示出了本發(fā)明的陶瓷基板中散熱孔與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，圖3A和3B示出 了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的頂視圖和剖面圖，圖3C至圖3D示出了比較實(shí)施例；圖4示出了本發(fā)明的陶瓷基板中散熱孔與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，圖4A和4B示出 了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，圖4C至圖4H示出了比較實(shí)施例；圖5示出了本發(fā)明的陶瓷基板中散熱孔與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，圖5A、5B和5C示 出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，圖5D至圖51示出了比較實(shí)施例；
3
圖6A至6D示出了本發(fā)明的陶瓷基板的制造方法；圖7A至7D示出了本發(fā)明的陶瓷基板的另一種制造方法；圖8A至8J示出了用填料組合物填充本發(fā)明的陶瓷基板中通路孔等的步驟；圖9為示出本發(fā)明的電子元件的一個(gè)實(shí)例的圖；并且

圖10示出本發(fā)明的實(shí)施例制備的陶瓷基板的形狀等。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及具有散熱孔的陶瓷基板的結(jié)構(gòu)，所述散熱孔穿過(guò)該基板以用于向外散熱。具體地講，本發(fā)明的陶瓷基板中散熱孔具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將散熱孔的開(kāi)口分成 兩個(gè)或更多個(gè)，并且該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度小于散熱孔的高度。氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯或已知的二氧化硅、玻璃或其他基板可用作本發(fā)明的陶瓷基板。散熱孔包含的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的材料不受具體限制，只要該材料可避免填充到散熱孔的 填料脫落，但是優(yōu)選該材料與陶瓷基板的材料相同。本發(fā)明的散熱孔的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以是任何結(jié)構(gòu)，只要它將散熱孔的開(kāi)口分成兩個(gè)或 更多個(gè)，并且只要該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度小于散熱孔的高度。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是具有包含加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱孔的陶瓷基板，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。圖IA示出頂視圖，而圖IB示出a-a’橫截面。在該實(shí)施方案中，如圖IA所示，陶瓷基板100具有基板主體102和散熱孔104，并 且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106將散熱孔104平均分成四個(gè)(在這些說(shuō)明中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106a(豎直顯示) 和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106b (水平顯示)一起被稱(chēng)為106)。如圖IB橫截面所示，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106從散熱 孔一端的開(kāi)口 110(底部)豎直形成，其朝向另一端的開(kāi)口 108 (頂部)，并且其高度a小于 散熱孔的高度(加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度a和散熱孔的高度h在下文中定義)。在圖1中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu) 和散熱孔被分別成形為矩形并且垂直于陶瓷基板的厚度(本發(fā)明中優(yōu)選的形狀)，但本發(fā) 明并不局限于這種結(jié)構(gòu)，例如加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和散熱孔可以具有梯形的橫截面，其中頂部開(kāi)口 108 大于底部開(kāi)口 110。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“頂部開(kāi)口，，和“底部開(kāi)口，，分別指當(dāng)陶瓷基板用作電子元件時(shí) 要安裝熱發(fā)散的組件(例如LED薄片)的一面和不安裝此類(lèi)組件的一面。在這些說(shuō)明中， 頂視圖是指從具有頂部開(kāi)口的一面觀察到的視圖。如該實(shí)施方案所示，本發(fā)明的散熱孔具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將散熱孔分成 兩個(gè)或更多個(gè)。在上述實(shí)例中，散熱孔被分成4個(gè)，但是散熱孔也可以例如僅被圖1中的加 強(qiáng)結(jié)構(gòu)106a (豎直顯示)或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106b (水平顯示)中的任何一個(gè)來(lái)分成兩個(gè)，還可將加 強(qiáng)結(jié)構(gòu)安排成將散熱孔分成三個(gè)或更多個(gè)。散熱孔中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的位置也不受具體限定。 也就是說(shuō)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，如圖1所示，散熱孔104的通孔被均勻劃分，但是本 發(fā)明的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)不局限于這種設(shè)計(jì)。散熱孔中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在陶瓷基板的垂直方向(厚度) 上的位置也不受特殊限制，可在避免通路孔中填料脫落的適當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。在本發(fā)明 中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)優(yōu)選被成形為矩形，從散熱孔的底部開(kāi)口 110豎直延伸至頂部開(kāi)口 108，如圖 IB所示。如上所述，本發(fā)明中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)置于基板主體102的散熱孔內(nèi)部。除上述說(shuō)明之 夕卜，期望加強(qiáng)結(jié)構(gòu)還滿(mǎn)足下列(i)至(iii)的所有條件
(i)假定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)高度為a，并且散熱孔高度為h，則a/h在0.1至0.8的范圍內(nèi)；(ii)假定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的頂部面積為b，并且散熱孔的開(kāi)口面積為S，則b/s在0. 10至 0. 80的范圍內(nèi)；(iii)假定散熱孔的開(kāi)口面積為s，并且散熱孔的表面面積為t，則t/s為4. 0或更 下面結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明上述(i)至(iii)中的參數(shù)。 coos ](說(shuō)明 mi在說(shuō)明(i)中，“加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度a”為陶瓷基板的散熱孔中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在豎直方 向(厚度方向)上的高度。在說(shuō)明(i)中，“散熱孔的高度h”為在陶瓷基板中的散熱孔在 豎直方向(厚度方向)上的高度。具體地講，“加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度a”和“散熱孔的高度h”參 照?qǐng)D2A至圖2H進(jìn)行了說(shuō)明。圖2僅為示例，本發(fā)明并不局限于此。圖2A和2B示出與圖 1所示相同的本發(fā)明所期望的具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱孔，圖2C和2D示出不具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的 散熱孔，圖2E和2F示出了在散熱孔的一面具有階梯202 (非加強(qiáng)結(jié)構(gòu))的實(shí)例，并且圖2G 和2H示出具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的實(shí)例，其中該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將散熱孔分成多個(gè)孔洞，并且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的 高度與散熱孔的高度h相同。在圖2B、2D、2F和G中，橫截面分別為頂視圖中的a-a’橫截 面和d-d’橫截面。如圖2A至圖2G所示，“加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度a”表示在陶瓷基板的散熱孔104中加強(qiáng) 結(jié)構(gòu)106在厚度方向(垂直方向)上的高度(以a表示)。“散熱孔的高度h”表示無(wú)論有 無(wú)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106，在陶瓷基板的厚度方向(豎直方向)上從一個(gè)開(kāi)口(頂部開(kāi)口)108延伸 至另一個(gè)開(kāi)口(底部開(kāi)口)110的高度(以h表示)。(說(shuō)明(ii))在說(shuō)明(ii)中，“加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的頂部面積b”表示朝向在散熱孔中的頂部開(kāi)口的加強(qiáng) 結(jié)構(gòu)的頂部的面積。在說(shuō)明(ii)中，“散熱孔的開(kāi)口面積S”表示在陶瓷基板中的散熱孔的 頂部開(kāi)口的面積。具體地講，“加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的頂部面積b”參照?qǐng)D3A至圖3D進(jìn)行了說(shuō)明，而 “散熱孔的開(kāi)口面積s”參照?qǐng)D4A至圖4H進(jìn)行了說(shuō)明。圖3和圖4僅為示例，本發(fā)明并不局 限于此。圖3A和圖4A示出了與上面圖1所示相同的本發(fā)明所期望的具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱 孔，而圖4C示出了不具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱孔的實(shí)例，并且圖4E示出了在散熱孔的一面中具 有階梯202 (非加強(qiáng)結(jié)構(gòu))的實(shí)例，并且圖3C和圖4G示出了具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的實(shí)例，其中該 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將散熱孔分成多個(gè)孔洞并且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度與散熱孔的高度h相同。在圖3A和 3C中，橫截面分別為頂視圖的a-a’橫截面和b-b’橫截面；而在圖4A和4G中，橫截面分別 為頂視圖a-a’橫截面和d-d’橫截面。如圖3所示，“加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的頂部面積b”表示在散熱孔104的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106朝向頂 部開(kāi)口 108的頂部平坦表面的面積(圖3A和圖3C的頂視圖中以實(shí)心點(diǎn)顯示的十字并且始 終用b表示的部分(下文同)，以及在圖3A和3C的橫截面圖中以粗實(shí)線(xiàn)顯示的部分和始 終用b表示的部分(下文同))?！吧峥椎捻敳棵娣eS”表示頂部開(kāi)口 108的面積，無(wú)論是 否具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106。更具體地講，如圖4A所示，當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度a小于散熱孔的高度h 時(shí)，則頂部開(kāi)口的面積即為作為整體的頂部開(kāi)口的面積s，其包括加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的頂部面積(圖 3A的頂視圖中b部分)(圖4A的頂視圖中的實(shí)心點(diǎn)部分和始終用s表示的部分(下文同)， 以及在圖4A的橫截面中顯示為實(shí)線(xiàn)的部分(始終用s表示的部分，下文同))。如在圖4C
5中所示，當(dāng)不存在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)時(shí)，則它就是散熱孔的頂部開(kāi)口的面積S。如在圖4E中所示，當(dāng) 散熱孔在散熱孔洞的邊緣處形成有階梯時(shí)，則它就是包括階梯在內(nèi)的作為整體的頂部開(kāi)口 的面積S。最后，如圖4G所示，當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度a與散熱孔的高度h相同時(shí)，則它就是散 熱孔洞被分成兩個(gè)或更多個(gè)之后其中一個(gè)孔洞的頂部開(kāi)口的面積(在4G的頂視圖中實(shí)心 點(diǎn)顯示的并且始終以s表示的部分(下文同)，以及在橫截面圖4H中用實(shí)線(xiàn)顯示的并且也 在圖4G中用s表示的部分(下文同))。(說(shuō)明Oiill在說(shuō)明(iii)中，“散熱孔的開(kāi)口面積S”的定義與上述說(shuō)明(ii)相同。在說(shuō)明 (iii)中，“散熱孔的表面面積t”為包括散熱孔洞的整個(gè)表面的面積，并且如果存在加強(qiáng)結(jié) 構(gòu)，還包括加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的所有表面的面積。“散熱孔的表面積t”參照?qǐng)D5A至圖5E進(jìn)行了詳 細(xì)說(shuō)明。然而，圖5僅為示例，本發(fā)明并不局限于此。圖5A示出了與圖1所示相同的本發(fā) 明所期望的具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱孔，圖5D示出了不具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱孔的實(shí)例，圖5F示 出了在散熱孔的邊緣具有階梯202 (非加強(qiáng)結(jié)構(gòu))的實(shí)例，并且圖5H示出了具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu) 的實(shí)例，其中該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將散熱孔分成多個(gè)孔洞并且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度與散熱孔的高度h相 同。在圖5A中，橫截面圖(5B)和(5C)分別為在頂視圖中的al-al’和a2_a2’橫截面，而 在圖5H中，橫截面為在頂視圖中的d-d’橫截面。如圖5A所示，當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度小于散熱孔高度h時(shí)，則“散熱孔的表面面積t” 為包括散熱孔自身的表面面積502和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的表面面積504的面積。當(dāng)如在5D中所示 不存在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)時(shí)，則表面面積t為豎直方向(厚度方向)上的散熱孔的面積502。當(dāng)如圖 5F所示，散熱孔的孔洞邊緣具有階梯時(shí)，則表面面積t為包括散熱孔在豎直方向(厚度方 向)上的面積502以及階梯部分的面積502的面積。當(dāng)如圖5D所示加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度a與 散熱孔的高度h相同時(shí)，則表面積t為散熱孔的整個(gè)表面積502和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面積 504之和。應(yīng)當(dāng)指出，為了使圖片簡(jiǎn)單明了，圖1至5對(duì)應(yīng)部分的相關(guān)符號(hào)并未全部標(biāo)出。接下來(lái)，為了增加熱傳導(dǎo)率，使用填料對(duì)本發(fā)明的陶瓷基板中的散熱孔進(jìn)行填充。 所述填料由填料組合物組成，填料組合物中包含具有良好熱導(dǎo)率的材料。在本發(fā)明中，填料組合物包含金屬和載體，并可任選地包含除金屬之外的其他導(dǎo) 熱材料。下面將說(shuō)明填料組合物的組分。1.金屬對(duì)于金屬?zèng)]有特別限制，但是優(yōu)選為包括選自銀、鈀、金、鉬、銅、鋁和鎳的一種或 兩種或更多種金屬的材料。這些金屬可以各種形狀予以利用，包括球體和薄片等。所述金 屬的平均粒度不受特別限制，但優(yōu)選為0. 5至8 μ m，或更優(yōu)選1至6 μ m。2.導(dǎo)熱材料除了前述金屬以外，填料組合物還可包含導(dǎo)熱材料。對(duì)于非金屬的導(dǎo)熱材料沒(méi)有 特別限制，但是優(yōu)選選自碳化硅(SiC)、氮化鋁(AlN)、金剛石和石墨。3.載體載體的類(lèi)型不受特殊限制。例如，粘合劑樹(shù)脂(例如乙基纖維素樹(shù)脂、丙烯酸類(lèi) 樹(shù)脂、松香改性的樹(shù)脂、和聚乙烯醇縮丁醛樹(shù)脂等)和有機(jī)溶劑(例如丁基卡必醇乙酸酯(BCA)、萜品醇、醇酯、BC和TPO等)的有機(jī)混合物可作為載體使用。在填料組合物中，金屬、載體和導(dǎo)熱材料的含量百分比按組合物的總重量計(jì)分別 為70至96重量％或更優(yōu)選80至94重量％的金屬，4至40重量％或更優(yōu)選6至20重量％ 的載體，以及0至10重量％或更優(yōu)選0. 2至5重量％的導(dǎo)熱材料。本發(fā)明的填料組合物可包含玻璃粉等作為附加組分。配混玻璃粉的目的是增強(qiáng)焙 燒陶瓷和燒結(jié)組成之間的粘合力。玻璃粉的含量按組合物的總重量計(jì)優(yōu)選為0. 1至10重 量％，或更優(yōu)選0. 2至5重量％。玻璃粉的平均粒度優(yōu)選為0. 1 μ m至5 μ m，或更優(yōu)選0. 3 μ m 至 3 μ m0本發(fā)明的填料組合物可通過(guò)使用三輥磨等混合前述組分來(lái)適當(dāng)?shù)刂苽洹Ｏ挛膶⒄f(shuō)明制造本發(fā)明的陶瓷基板的方法。第一實(shí)施方案結(jié)合圖6說(shuō)明陶瓷基板的制造方法，其中通過(guò)噴砂或激光形成通路 孔。第一實(shí)施方案中的陶瓷基板的制造方法為制造用于向外散熱的具有穿過(guò)基板的 散熱孔的陶瓷基板的方法。具體地講，這一方法包括(1)提供陶瓷基板步驟和(2)使用噴砂 機(jī)或激光在陶瓷基板中切割形成具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱孔的步驟，該步驟形成的散熱孔中， 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將散熱孔的開(kāi)口分成兩個(gè)或更多個(gè)并且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度小于散熱孔的高度。結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方案的制造方法的第1步。在步驟1中，見(jiàn)圖6A，制備陶瓷 基板主體602 (這種基板為市售陶瓷基板，例如Tokuyama、Asahi Technoglass AlN基板、 Kyocera Al2O3基板等)。必要時(shí)，目標(biāo)陶瓷基板主體也可以通過(guò)焙燒由適當(dāng)材料構(gòu)成的印 刷電路基板來(lái)制備。根據(jù)印刷電路基板的類(lèi)型，可在適當(dāng)?shù)臈l件下用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行焙燒。接下來(lái)，在步驟2中，見(jiàn)圖6B，在陶瓷基板主體602中形成具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106的通 路孔?？刹捎脟娚肮に?、激光工藝、電子束工藝等方法在陶瓷基板主體602中形成具有 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106的通路孔104。通過(guò)這些方法在陶瓷基板主體中形成具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106的通 孔，從而制造散熱孔。具體地講，在噴砂工藝中，通過(guò)噴砂將細(xì)小的沙粒606吹過(guò)具有加強(qiáng) 結(jié)構(gòu)106形狀的掩模604來(lái)形成特定的結(jié)構(gòu)(例如上述圖6B中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)608)。用于電 子元件的陶瓷基板為了達(dá)到導(dǎo)熱的目的，除了散熱孔之外，還具有小直徑的環(huán)形通路孔。根 據(jù)圖6所示的構(gòu)型，大直徑通路孔104組成散熱孔(包括加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106)以用于發(fā)散安裝組 件產(chǎn)生的熱，而小直徑通路孔610為環(huán)形通路孔。通孔形成后，為了將加強(qiáng)結(jié)構(gòu)606的高度降至小于通路孔的高度，可以通過(guò)掩模 612(不具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的形狀)進(jìn)行噴砂，直到加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106達(dá)到指定高度。在激光方法或 電子束方法中，激光或電子束可以用來(lái)切割陶瓷基板主體602，直至加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106達(dá)到指定 高度。針對(duì)被切割的陶瓷基板主體的不同，激光或電子束方法采用不同的條件?？蓮膫鹘y(tǒng) 方法中選擇適當(dāng)?shù)奶沾苫逯黧w的暴露條件。散熱孔(通孔)的尺寸不受具體限制，但優(yōu)選在與基板表面平行的平面上，通孔的 面積為4mm2或更大。更具體地講，如果散熱孔為圓形，則優(yōu)選具有2. 5mm或更大的相對(duì)大直徑。接下來(lái)，結(jié)合圖7的第二實(shí)施方案說(shuō)明使用印刷電路基板制造陶瓷基板的方法。該方法是使用印刷電路基板來(lái)制造具有穿過(guò)基板的散熱孔的陶瓷基板以用于向外散熱，其中散熱孔也具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。具體地講，該方法包括步驟(1)圖7A，制備(7a)陶瓷 印刷電路基板，該陶瓷印刷電路基板具有散熱孔，該散熱孔不具有將散熱孔的開(kāi)口分成兩 個(gè)或更多個(gè)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以及(7b)陶瓷印刷電路基板，該陶瓷印刷電路基板形成有將散熱 孔分成兩個(gè)或更多個(gè)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；步驟(2)圖7B，層壓這些陶瓷印刷電路基板以形成層壓 印刷電路基板，該基板具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，將散熱孔的開(kāi)口分成兩個(gè)或更多個(gè)，并且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的 高度小于散熱孔的高度；步驟⑶圖7C，焙燒層壓印刷電路基板。第1步是制備上述印刷電路基板(a)和(b)。首先，制備不具有通孔的印刷電路基板702和704 (圖7A)作為這些印刷電路基板 的基礎(chǔ)。就例如低溫焙燒陶瓷而言，這些印刷電路基板可由50至65重量％的 CaO-SiO2-Al2O3-B2O3玻璃和50至35重量％的氧化鋁的混合物構(gòu)成。此外，也可以使 用例如MgO-SiO2-Al2O3-B2O3玻璃和氧化鋁的混合物、SiO2-B2O3玻璃和氧化鋁的混合物、 PbO-SiO2-B2O3玻璃和氧化鋁的混合物、或堇青石微晶玻璃或在800至1000°C下焙燒的其他 低溫焙燒陶瓷材料。接著，在對(duì)應(yīng)(a)的印刷電路基板702以及對(duì)應(yīng)(b)的印刷電路基板704上的特 定位置形成通孔706、708和710作為通路孔(參閱圖7B)。在對(duì)應(yīng)(b)的印刷電路基板中 形成通孔708，保留部分712作為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。通孔706形成為不具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106的散熱 孔104的開(kāi)口部分，并且通孔708形成為具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106中的散熱孔104中的開(kāi)口部分。 通孔710為環(huán)形通路孔。所有通孔都可以通過(guò)沖壓方法來(lái)形成。形成通孔作為通路孔的一種方法是如上所述通過(guò)沖壓印刷電路基板形成特定尺 寸的通孔，但是如第一實(shí)施方案所述，也可以用其他方法形成通孔，如噴砂或激光或電子束 方法。本發(fā)明中，可以制造并層壓多個(gè)印刷電路基板(a)和(b)，以獲得所期望厚度的印 刷電路基板。接下來(lái)說(shuō)明第2步。第2步為層壓印刷電路基板(a)和(b)，以形成具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu) 的印刷電路基板(圖7C)。首先，完成第1步后，將所得的印刷電路基板層壓和按壓使之粘結(jié)(圖7C)。如果 存在多個(gè)印刷電路基板(a)和(b)，則將其層壓以形成具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的層壓板。具體地講，加熱并按壓第1步所得的印刷電路基板，使之在例如60至150°C、0. 1 至30MPa (優(yōu)選1至IOMPa)的條件下形成單元。第3步為焙燒第2步所得的層壓印刷電路基板(圖7D)。焙燒第2步所得的層壓印刷電路基板。具體地講，在例如800至1000°C (優(yōu)選 9000C )下焙燒層壓印刷電路基板，保持20分鐘。如第一實(shí)施方案中的制造方法所述，用于電子元件的陶瓷基板除具有散熱孔以 外，還具有小直徑環(huán)形通路孔e以用于導(dǎo)熱。根據(jù)圖7所示構(gòu)型，大直徑通路孔104為具有 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106的通孔，構(gòu)成散熱孔用以發(fā)散安裝組件的熱量，而小直徑通路孔610為環(huán)形通 路孔。 在本發(fā)明的陶瓷基板中，通路孔可以被填料填充。這些填料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路更有 效的熱擴(kuò)散以及熱傳導(dǎo)。
8
下面結(jié)合圖8說(shuō)明填充填料的過(guò)程。在本發(fā)明的陶瓷基板制造方法中，在第一實(shí) 施方案第2步之后和第二實(shí)施方案第2步和第3步之間，可以向通路孔中填充填料組合物。 具體地講，按如下步驟完成該過(guò)程。圖8A至圖8H顯示第一實(shí)施方案的填充過(guò)程，而圖8A’ 至8H’顯示第二實(shí)施方案的填充過(guò)程。首先，將填充組合物填入陶瓷基板主體102中形成的通孔104和610或印刷電路 基板702和703的層壓體中形成的通孔104、610和708中。填料組合物可以為如上所述的 組合物。通常，采用印刷方法進(jìn)行填充。在第一實(shí)施方案中，通孔104包含加強(qiáng)結(jié)構(gòu)106，而 在第二實(shí)施方案中，通孔708包含將成為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的712部分。為了降低制造成本，可以在印刷布線(xiàn)圖案的同時(shí)填充陶瓷基板102或印刷電路基 板702和704中的通孔104、610和708。在這種情況下，前述填料組合物也可以用作布線(xiàn)圖案。在同時(shí)進(jìn)行的印刷步驟中，將篩網(wǎng)掩模804置于陶瓷基板主體102或印刷電路基 板702上，該篩網(wǎng)掩模上形成有用于填充通孔104、610和708并且用于印刷布線(xiàn)圖案802 的印刷圖案，將填料組合物806施用到篩網(wǎng)掩模上，用刮板808沿著篩網(wǎng)掩模的頂部表面滑 動(dòng)，以同時(shí)填充通孔并且印刷布線(xiàn)圖案(圖8A和圖8A’至圖8B和圖8B’)。還期望在印刷 布線(xiàn)圖案的同時(shí)通過(guò)印刷散熱孔104的對(duì)應(yīng)部分的開(kāi)口的上表面來(lái)形成與組件安裝區(qū)域 812對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體圖案。當(dāng)使用印刷電路基板時(shí)，可在印刷電路基板焙燒之后來(lái)印刷與表面層 布線(xiàn)圖案802、組件安裝區(qū)域812等對(duì)應(yīng)的部分。在上述印刷步驟完成后，將反向布線(xiàn)圖案810印刷在陶瓷基板主體102和印刷電 路基板704上的通路孔開(kāi)口的下表面上(圖8E和圖8F’至圖8G和圖8H’ )。將篩網(wǎng)掩模 814置于陶瓷基板主體102或印刷電路基板704的底部上，該篩網(wǎng)掩模上形成有用于印刷與 反向布線(xiàn)圖案810對(duì)應(yīng)的部分的印刷圖案，將填料組合物806施用到篩網(wǎng)掩模上，然后用刮 板808沿著篩網(wǎng)掩模的頂部表面滑動(dòng)。通過(guò)這些步驟，本發(fā)明的填料組合物可施用到與表面層布線(xiàn)圖案802、反向布線(xiàn)圖 案810和安裝區(qū)域812對(duì)應(yīng)的各部分，然后填充到通孔104、610和708 (圖8G和圖8H，)中。接下來(lái)，焙燒填料組合物或填料組合物與印刷電路基板(圖81和圖8J’)。干燥和 焙燒本發(fā)明的填料組合物的條件按適于基板和應(yīng)用進(jìn)行確定，必要時(shí)參考官方通告。例如， 當(dāng)陶瓷或玻璃基板用于電子電路基板時(shí)，則首先通過(guò)印刷方法填充組合物并印刷，在70°C 至200°C的溫度范圍內(nèi)干燥5至60分鐘，然后在帶式爐或箱式爐等中共焙燒20至120分 鐘，其中在450°C至900°C的最高溫度范圍內(nèi)保持5至30分鐘。下面說(shuō)明本發(fā)明中的電子元件。本發(fā)明的電子元件的實(shí)例參看圖9。圖9為豎式橫截面圖，其示出了一個(gè)實(shí)例的模 型視圖，該實(shí)例使用了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的陶瓷基板。本發(fā)明并不局限于圖9所示的 實(shí)施方案，并且可以應(yīng)用于具有通路孔的各種類(lèi)型電子元件。如圖9所示，該電子元件具有特定尺寸的基板102和在基板上的特定位置上的通 路孔104和610。電阻器以及其他各種電路組件(未示出)和布線(xiàn)圖案802、810等形成在 基板的一個(gè)表面或兩個(gè)面上，安裝組件902 (例如LED薄片等)安裝在安裝區(qū)域812上。通 路孔104和通路孔610填充了由上述填料組合物形成的填料904。根據(jù)圖9所示的構(gòu)型，大
9直徑通路孔104是散熱孔以用于發(fā)散安裝組件902產(chǎn)生的熱量，而小直徑通路孔610是環(huán) 形通路孔。除上述陶瓷基板制造方法和填料組合物填充過(guò)程外，如圖9所示的電子元件還可 使用常規(guī)方法來(lái)制造以形成各種電路組件，從而得到其上可以安裝必要組件的電子電路基 板。然而，在這些說(shuō)明中，電子電路基板是具有所形成的各種電路并且經(jīng)上述步驟填充填料 的陶瓷基板，但無(wú)任何安裝組件。本發(fā)明的電子元件和電子電路基板可包括例如上述的單層基板，也可將特定尺寸 的多個(gè)基板層壓在一起，其中在每個(gè)基板上在特定的位置上具有各種電路組件和通路孔。 就此類(lèi)多層基板而言，每個(gè)基板上的導(dǎo)熱通路孔不必在相同的位置上，而是可以在不同的 位置上形成。然而，散熱孔優(yōu)選在每個(gè)基板上的相同位置上形成，以實(shí)現(xiàn)有效地將熱量傳輸 到基板的背面。通過(guò)使用本發(fā)明的陶瓷基板，可防止填充于電子元件中大直徑散熱孔內(nèi)的填料的 脫落，從而保持通路孔的良好的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。使用本發(fā)明的陶瓷基板制造的電子元件可以用于各種應(yīng)用。例如，可以用于手機(jī) 的高頻電路或LED的散熱片電路等。
實(shí)施例通過(guò)下列實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但這些實(shí)施例僅作示例之用，并非旨在限制本 發(fā)明。這些實(shí)施例中的基板材料、填料材料、基板、基板印刷、干燥、焙燒及評(píng)估條件如下 所述。(1)基板使用2 平方英寸、0. 635mm 厚的 AlN 基板(Asahi Technoglass 基板 230ff/m. K)。⑵通路孔形成分別在每個(gè)AlN基板上通過(guò)噴砂形成圖10所示的4種形狀和尺寸的通路孔。(3)填充通路孔填料組合物如下制備稱(chēng)量92重量％、組成比率為銀鈀=95 5的金屬和8重 量％的載體(纖維素載體)，在混合器中充分?jǐn)嚢?，并且然后?jīng)三輥磨分散。將填料組合物 通過(guò)印刷填充到通路孔中，干燥并焙燒，以制備填料。⑷印刷、干燥、焙燒在如下條件下將前述填料組合物填充到基板上的通路孔中，然后干燥并焙燒。印刷使用15(^!11厚的不銹鋼金屬掩模，徹《101^自動(dòng)印刷機(jī)，氨基甲酸酯平面刮 板(硬度70)干燥在箱式空氣箱中，在100°C下干燥20分鐘焙燒在帶式爐中焙燒10分鐘，峰值溫度550°C(5)基板評(píng)估方法將所得的具有已填充通路孔的基板進(jìn)行表面拋光。拋光方法為4個(gè)步驟碾磨表 面以除去基板表面上的薄層，然后打磨、拋光和超聲清潔。使用粗糙游離拋光粉打磨。使用 細(xì)小游離拋光粉拋光。使用超聲清潔來(lái)除去殘留在表面上的細(xì)小顆粒。超聲清潔后，清點(diǎn)表面拋光之后保留填料的數(shù)量?！副?11 如表所示，本發(fā)明的具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱孔的填料保留比例遠(yuǎn)高于本發(fā)明的范圍 之外的散熱孔的填料保留比例。
權(quán)利要求
陶瓷基板，所述陶瓷基板具有穿過(guò)所述基板的散熱孔以用于向外散熱，其中所述陶瓷基板具有將所述散熱孔的開(kāi)口分成兩個(gè)或更多個(gè)部分的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并且所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度小于所述散熱孔的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的陶瓷基板，其中假定“a”作為所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度并且“h”作為 所述散熱孔的高度，則a/h為0. 1至0. 8 ；并且假定“b”作為所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的頂部面積并且 “s”作為所述散熱孔的開(kāi)口面積，則b/s為0. 10至0. 80 ；并且假定“s”作為所述散熱孔的 開(kāi)口面積并且“t”作為所述散熱孔的表面面積，則t/s為4. 0或更低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的陶瓷基板，其中所述陶瓷基板由選自氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯和玻 璃的無(wú)機(jī)化合物形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的陶瓷基板，其中所述散熱孔填充有包括選自銀、鈀、金、鉬、銅、鋁 和鎳的一種或兩種或更多種金屬的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的陶瓷基板，其中所述散熱孔還填充有具有良好熱導(dǎo)率并且選自碳 化硅(SiC)、氮化鋁(A1N)、金剛石和石墨的材料。
6.制造陶瓷基板的方法，所述陶瓷基板具有穿過(guò)所述基板的散熱孔以用于向外散熱， 所述方法包括(1)提供陶瓷基板的步驟；以及(2)通過(guò)噴砂或激光或電子束切割方法在所述陶瓷基板中形成具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的散熱孔 的步驟，其中所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將所述散熱孔的開(kāi)口分成兩個(gè)或更多個(gè)，并且所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的 高度小于所述散熱孔的高度。
7.制造陶瓷基板的方法，所述陶瓷基板具有穿過(guò)所述基板的散熱孔以用于向外散熱， 所述散熱孔具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述方法包括(1)制備(a)和(b)的步驟，所述(a)為具有散熱孔但未形成有將所述散熱孔的開(kāi)口分 成兩個(gè)或更多個(gè)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的陶瓷印刷電路基板，所述(b)為形成有將所述散熱孔的開(kāi)口 分成兩個(gè)或更多個(gè)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的陶瓷印刷電路基板；(2)將所述陶瓷印刷電路基板層壓在一起以形成具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的層壓印刷電路基板的 步驟，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)將所述散熱孔的開(kāi)口分成兩個(gè)或更多個(gè)并且其高度小于所述散熱孔的 高度；以及(3)焙燒所述層壓印刷電路基板。
8.包括權(quán)利要求1的陶瓷基板的電子元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷基板，所述陶瓷基板具有穿過(guò)基板的散熱孔以用于向外散熱，其中所述陶瓷基板具有將散熱孔的開(kāi)口分成兩個(gè)或更多個(gè)部分的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度小于散熱孔的高度。
文檔編號(hào)H01L23/367GK101874299SQ200880118674
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者成田季總, 稻葉明 申請(qǐng)人:E.I.內(nèi)穆?tīng)柖虐罟?br>