具有絕緣散熱層的散熱基板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有絕緣散熱層的散熱基板及其制造方法，其利用具有散熱作用的承載基板如鋁基板、鎂基板、鋁鎂合金基板、鈦合金基板、銅基板或復合基板，再利用電漿熔射方法對選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦中的一種陶瓷材進行液化，再以高壓霧狀噴涂方式噴涂在該承載基板的至少一表面上以包覆形成由該陶瓷材料的材質所構成的絕緣散熱層，藉此制成一具有絕緣散熱層的散熱基板；當與以微弧電漿方法形成陶瓷層的現有技術比較，本發(fā)明的絕緣散熱層具有不受承載基板的材質的限制且其厚度可隨噴涂時間的增加而相對加厚的優(yōu)點。
【專利說明】具有絕緣散熱層的散熱基板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有絕緣散熱層的散熱基板及其制造方法，特別涉及一種利用電漿熔射方法以對陶瓷材料進行液化再高壓霧狀噴涂在承載基板的表面上以包覆形成由該陶瓷材料的材質所構成的絕緣散熱層。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明的具有絕緣散熱層的散熱基板適用于發(fā)光二極管(LED)封裝但不限制，因此以下以LED封裝為例說明。一般而言，LED晶粒可隨制作工藝需要而選擇以覆晶方式(Flip Chip)或導線方式(Wire bond)但不限制，以電性連結在散熱基板上以完成LED封裝(LED package),該LED封裝再連結固定在一發(fā)光裝置的散熱器(heat sink)的表面上，以組成一 LED發(fā)光裝置；通常而言，現有的散熱基板是由一線路層(銅層)、一絕緣層及一基板(如鋁基板或陶瓷基板)依序壓合形成，其中該線路層配合LED晶粒的布局而設有適當的圖案(pattern)用以安排并提供該些LED晶粒發(fā)光所需的正負極電源。當LED晶粒在發(fā)光時會產生熱能，該熱能一般是通過該散熱載板及所連結的發(fā)光裝置的散熱器(heat sink)以向外散熱，藉以避免熱能存積過多以致影響該LED封裝或LED發(fā)光裝置的使用效率及壽命。
[0003]以現有的散熱基板而言，習知的散熱基板是由一線路層(銅層)、一絕緣層及一鋁基板依序壓合形成，因此產生的熱能是通過線路層(銅層)及絕緣層之后才傳導至基板；然，習知散熱基板所使用的絕緣層大部分是以導熱膠片構成，該導熱膠片的導熱系數較差，且厚度較厚，以致相對降低習知散熱基板的使用效率，無法滿足目前使用上的需求。因此在LED封裝或所使用的散熱基板或LED發(fā)光裝置等相關領域中，長久以來一直存在如何在線路層不會發(fā)生短路的狀況下使散熱基板達到良好散熱功效的問題。
[0004]再以習知的覆晶式(Flip Chip)或導線式(Wire bond)LED封裝為例說明，其中每一 LED晶粒是利用兩個不同的電極接點以電性連結在一線路層上的二分開(即正負極分開)且電性絕緣的連接點上；該線路層預設在一鋁基板上；該線路層與該鋁基板的表面之間通常設有一絕緣連結層以使該線路層能絕緣地連結固設在該鋁基板的表面上且不易剝離；完成后的LED封裝再藉各種連結方式如焊接或緊密貼合但不限制以固設在一 LED發(fā)光裝置的散熱器(heat sink)的表面上；然，在上述傳統(tǒng)的LED封裝中，該絕緣連結層一般是利用散熱貼片或散熱膏構成，其導熱系數較低(約4W/m-k)，且厚度較厚(約60微米)，以致熱傳導功能不佳，無法將該LED晶粒在發(fā)光時所產生的熱能有效地傳導至該鋁基板以向外散熱。
[0005]在LED封裝及其所使用的散熱基板的相關領域中，目前已有多種先前技術，如TW573330、Tff M350824, CN201010231866.5、US6, 914，268、US8, 049，230、US7, 985，979、US7, 939，832、US7, 713，353、US7, 642，121、US7, 462，861、US7, 393，411、U S7, 335，519、US7，294，866、US7, 087，526、US 5，557，115、US 6，514，782、US 6，497，944、US 6, 791, 119 ；US2002/0163302、US2004/0113156等；然，上述先前技術并未提出有效的解決方案，以克服散熱基板不會發(fā)生短路且能達到良好散熱功效的問題。
[0006]此外，現有技術中已揭示一種利用微弧電漿方法(或大氣電漿氮化方法、真空電漿氮化方法)以在鋁基板的表面生成一具有絕緣功能的氧化鋁(αι203)陶瓷層的技術，但該現有技術應用于發(fā)光二極管(LED)封裝用的散熱基板時，至少會產生下列缺點:一是所生成的陶瓷層的材質與所使用的基板材質之間存有一定的對應關系，如當該基板為鋁基板時，所生成的陶瓷層即受限為氧化鋁(A1203)的陶瓷層，相對使基板及陶瓷層的選擇受到限制；另一是所生成的陶瓷層是藉微弧電漿方法而深入基板(如鋁基板)的表面以與基板的材質(如鋁)產生氧化或氮化作用以致密地形成一由氧化物(如氧化鋁A1203)或氮化物(如氮化鋁A1N)構成的陶瓷層，由于該氧化物或氮化物是在微弧電漿與基板之間形成一致密的陶瓷膜層，形成之后即如同一障壁(barrier)，會阻礙及影響后續(xù)的氧化或氮化作用，致使所生成的陶瓷層的厚度相對較薄，無法隨散熱基板的絕緣耐壓要求而加厚。因此，現有利用微弧電漿方法以在鋁基板的表面生成陶瓷層的技術仍然存在上述困擾，無法滿足實際使用需要。
[0007]由上可知，上述先前技術的結構尚難以符合實際使用的要求，因此在LED封裝或散熱基板的相關領域中，仍存在進一步改進的需要性。本發(fā)明乃是在此技術發(fā)展空間有限的領域中，提出一種具絕緣散熱層的散熱基板及其制造方法，藉以使LED封裝及/或發(fā)光裝置能達成良好的絕緣兼散熱功效。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明主要目的是提供一種具有絕緣散熱層的散熱基板及其制造方法，適用于發(fā)光二極管(LED)封裝，其是利用一具有散熱作用的基板作為承載基板，該基板選自鋁基板、鎂基板、鋁鎂合金基板、鈦合金基板、銅基板、具有導熱孔的印刷電路板(PCB)式復合基板的族群中一種基板；再利用陶瓷材料的電漿熔射方法，如選自大氣電漿方法、真空電漿方法、低壓電漿方法的族群中一種方法，以對選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦的族群中一種陶瓷材料進行液化；再以高壓霧狀噴涂方法并依據預定的噴涂時間，使在該承載基板的至少一預定的表面上噴涂并包覆形成由該陶瓷材料的材質所構成的絕緣散熱層，藉以形成具有絕緣散熱層的散熱基板，供應用于LED封裝；其中當LED晶粒發(fā)光并產生熱能時，憑借該絕緣散熱層以將該熱能傳導至該承載基板以向外散熱，藉以達到良好的電性絕緣耐壓及散熱功效。
[0009]為達成上述目的，本發(fā)明「具有絕緣散熱層的散熱基板」的一優(yōu)選實施例包含一承載基板及至少一絕緣散熱層，其中該承載基板是具有散熱作用的基板用以承載該絕緣散熱層；其中該絕緣散熱層形成在該承載基板的至少一表面上，其利用電漿熔射方法將選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦的族群中一種陶瓷材料先行液化，再高壓霧狀噴涂在該承載基板的該至少一表面上，以在該至少一表面上包覆形成一由該陶瓷材料的材質所構成的絕緣散熱層。
[0010]所述的散熱基板，其中該電漿熔射方法是利用選自大氣電漿方法、真空電漿方法、低壓電漿方法的族群中一種方法以將該陶瓷材液化。
[0011]所述的散熱基板，其中該承載基板是具有散熱作用的金屬基板，該金屬基板選自鋁基板、鎂基板、鋁鎂合金基板、鈦合金基板、銅基板的族群中一種基板所構成。
[0012]所述的散熱基板，其中該承載基板是一具有導熱孔的印刷電路板(PCB)式復合基板。
[0013]所述的散熱基板，其中該陶瓷材料包含陶瓷線材或陶瓷粉末。[0014]所述的散熱基板，其中該絕緣散熱層的形成厚度依據該絕緣層所欲達成電性絕緣耐壓的程度而預先設定。
[0015]所述的散熱基板，其中該絕緣散熱層的形成厚度依據該高壓霧狀噴涂在該承載基板的表面上的噴涂時間而預先設定。
[0016]所述的散熱基板，其中該絕緣散熱層的厚度設定為廣50微米(μπι)，以使電性絕緣耐壓的程度達到300伏特(V)或以上。
[0017]所述的散熱基板，其中該絕緣散熱層的外表面進一步設置一線路層，該線路層利用選自印刷線路板(PCB)線路制作工藝、網版印刷工藝、半導體工藝的族群中一種工藝以形成在該絕緣散熱層的表面上；該線路層包含至少二分開(正負極分開)且絕緣的電性連結點供與至少一 LED晶粒所設的不同電極的焊墊對應電性連結，以使該至少一 LED晶粒能電性連結并設置在該散熱基板上，其中當該至少一 LED晶粒發(fā)光并產生熱能時，藉由該絕緣散熱層以將該熱能傳導至該承載基板以向外散熱。
[0018]為達成上述目的，本發(fā)明「具有絕緣散熱層的散熱基板的制造方法」的優(yōu)選實施例包含下列步驟:
[0019]提供一承載基板，該承載基板是具有散熱作用的基板；
[0020]提供一陶瓷材料，該陶瓷材料選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦的族群中一種；
[0021]提供一電漿熔射設備，用以液化上述陶瓷材料；
[0022]利用高壓霧狀噴涂方式將上述液化后的陶瓷材料且依預定時間噴涂在該承載基板的一預定表面上，以在該表面上包覆形成由該陶瓷材料的材質構成且具有預定厚度的絕緣散熱層；
[0023]使該絕緣散熱層硬化，以完成具有預定厚度的絕緣散熱層的散熱基板。
[0024]與以微弧電漿方法形成陶瓷層的現有技術比較，本發(fā)明的絕緣散熱層具有不受承載基板的材質的限制且其厚度可隨噴涂時間的增加而相對加厚的優(yōu)點；其中該散熱基板或該絕緣散熱層的外表面進一步設置一線路層供與至少一 LED晶粒對應電性連結以完成一LED封裝，藉以達成良好的電性絕緣耐壓及散熱功效。
[0025]為使本發(fā)明更加明確詳實，將本發(fā)明的結構及技術特征，配合下列圖標詳述如后:
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明具有絕緣散熱層的散熱基板(金屬基板)的一實施例的結構剖面示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明具有絕緣散熱層的散熱基板(印刷電路板式復合基板)的一實施例的結構剖面示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明具有絕緣散熱層的散熱基板應用于LED封裝及一散熱器(heatsink)表面的一實施例結構剖面示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明具有絕緣散熱層的散熱基板應用于LED封裝及一散熱器(heatsink)表面的另一實施例結構剖面示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明具有絕緣散熱層的散熱基板應用于LED封裝及一散熱器(heatsink)表面的一實施例結構剖面示意圖；
[0031]圖6A-圖6C分別為本發(fā)明具有絕緣散熱層的散熱基板的制造方法的流程示意圖。
[0032]附圖標記說明:10_散熱基板；11_承載基板；12_絕緣散熱層；111-表面；
[0033]112-絕緣基板；113、114-線路層；115-導熱孔；116-導熱材料；20_電漿熔射設備；30_陶瓷材料；40-LED晶粒；50、60-LED封裝；70_散熱器(heat sink)。
【具體實施方式】
[0034]參考圖1至圖5所示，其分別為本發(fā)明具有絕緣散熱層的散熱基板的兩個實施例(圖1為金屬基板，圖2為印刷電路板式復合基板)的結構剖面示意圖、及其應用于LED封裝及散熱器(heat sink)表面的三個實施例的結構剖面示意圖。本發(fā)明的散熱基板10包含一承載基板11及一絕緣散熱層12 ;其中該承載基板11是具有散熱作用的基板，用以承載該絕緣散熱層12 ;其中該絕緣散熱層12形成在該承載基板11的至少一表面111上，其利用電漿熔射設備20如圖6B所示以施行電漿熔射方法，用以將選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦的族群中一種陶瓷材料30先行液化，再高壓霧狀噴涂在該承載基板11的該至少一表面上如圖6B所示，以在該至少一表面111上包覆形成由該陶瓷材料30的材質所構成的絕緣散熱層12。
[0035]所述的散熱基板10，其中該電漿熔射方法是利用選自大氣電漿方法、真空電漿方法、低壓電漿方法的族群中一種方法，并利用相配合的電漿熔射設備20如圖6B所示，以將該陶瓷材料30液化。
[0036]如圖1所示散熱基板10的一實施例，其中該承載基板11是一具有散熱作用的金屬基板，如圖1所示，該金屬基板選自鋁基板、鎂基板、鋁鎂合金基板、鈦合金基板、銅基板的族群中一種基板所構成。
[0037]如圖2所示散熱基板10的另一實施例，其中該承載基板11是一具有導熱孔的印刷電路板(PCB)式復合基板，該承載基板11包含:一絕緣基板112、兩個線路層113、114及至少一導熱孔115。其中該絕緣基板112具有上、下兩個表面；其中該兩個線路層113、114分別形成并設置在該絕緣基板112的兩個表面上，且其中一表面上的線路層113供至少一LED晶粒40電性連接且固設在該散熱基板10上以形成一 LED封裝如圖5所示；其中該至少一導熱孔115穿設在該絕緣基板112的兩個表面之間，該些導熱孔115內設有導熱材料116。上述該LED封裝進一步可與一散熱器(heat sink)70結合應用如圖5所示；其中當該LED晶粒40發(fā)光并產生熱能時，藉由該絕緣散熱層12以將該熱能由該絕緣基板112的一個表面的線路層113傳導至另一表面的線路層114以向外散熱，也就是傳導至該承載基板11(散熱基板10)及該散熱器(heat sink) 70以向外散熱,藉以達成良好的散熱功效,并避免造成短路的困擾。在圖5中是以一 LED晶粒40為例說明但非用以限制本發(fā)明。此外，該導熱孔115如圖5所示的設置數目及位置并不限制，但設置位置以能對應連接至接近該線路層113與LED晶粒40電性連結之間的主要的熱能產生處為最佳，當該些導熱孔115設置在接近熱能產生處時，相對可增進散熱作用。
[0038]所述的散熱基板10，其中該陶瓷材30包含陶瓷線材或陶瓷粉末。
[0039]以實際的應用而言，所述的散熱基板10，其中該絕緣散熱層12的形成厚度依據該絕緣散熱層12所欲達成電性絕緣耐壓的程度而預先設定。[0040]所述的散熱基板10，其中該絕緣散熱層12的形成厚度依據該高壓霧狀噴涂在該承載基板11的表面111上的噴涂時間而預先設定。
[0041]所述的散熱基板10，其中該絕緣散熱層12的厚度設定為廣50微米(μπι)，以使電性絕緣耐壓的程度達到300伏特(V)或以上。
[0042]所述的散熱基板10如圖3至圖4所示，其中該散熱基板10的絕緣散熱層12的外表面進一步設置一線路層13，該線路層13利用選自印刷線路板(PCB)線路工藝、網版印刷工藝、半導體工藝的族群中一種工藝以形成在該絕緣散熱層12的表面上，供一 LED晶粒40能以導線(Wire bond)方式如圖3所示或覆晶(Flip Chip)方式如圖4所示，電性連結在該散熱基板10上以形成一 LED封裝如圖3所示的導線式LED封裝50或如圖4所示的覆晶式LED封裝60。該LED封裝50、60進一步可與一散熱器(heat sink)70結合應用；其中當該LED晶粒40發(fā)光并產生熱能時，藉由該絕緣散熱層12以將該熱能傳導至該承載基板11及散熱器(heat sink)70以向外散熱。藉以達成良好的散熱功效，并避免造成短路的困擾。在圖3至圖4中以LED晶粒40為例說明但非用以限制本發(fā)明。
[0043]由上可知，本發(fā)明的散熱基板10中，該承載基板11可選自鋁基板、鎂基板、鋁鎂合金基板、鈦合金基板、銅基板、具有導熱孔的印刷電路板(PCB)式復合基板的族群中一種基板，而該陶瓷材料30可選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦的族群中一種陶瓷材料，并不受該承載基板11的材質的限制。因此，本發(fā)明的散熱基板10與以微弧電漿方法制成陶瓷層的現有技術比較，本發(fā)明的散熱基板10至少具有下列優(yōu)點:一是該絕緣散熱層12的材質不受該承載基板11的材質的限制，如可選擇鎂基板作為承載基板11而選擇氧化鋁作為該陶瓷材料30以在鎂基板的表面上形成氧化鋁材質的絕緣散熱層12，相對增加該承載基板11及絕緣散熱層12 (陶瓷材30)之間材質的選擇性；另一是該絕緣散熱層12的厚度可隨噴涂時間的增加而相對加厚，足以克服現有技術以微弧電漿方法生成的陶瓷層的厚度相對較薄而無法隨散熱基板的絕緣耐壓要求加厚的缺點。
[0044]參考圖6A至圖6C所示，其分別為本發(fā)明具有絕緣散熱層的散熱基板10的制造方法的流程示意圖，本發(fā)明具絕緣散熱層的散熱基板10的制造方法的一個優(yōu)選實施例包含下列步驟:
[0045]提供一承載基板11如圖6A所示，該承載基板11是具有散熱作用的基板，其選自:鋁基板、鎂基板、鋁鎂合金基板、鈦合金基板、銅基板、具有導熱孔的印刷電路板(PCB)式復合基板的族群中一種基板；
[0046]提供一陶瓷材料30如圖6B所示，該陶瓷材料選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦的族群中一種；
[0047]提供一電漿熔射設備20如圖6B所示，用以液化上述的陶瓷材料30 ；
[0048]利用電漿熔射方法，以高壓霧狀噴涂方式如圖6B所示，將上述液化后的陶瓷材料30且依預定的噴涂時間噴涂在該承載基板11的一預定表面111上，以在該表面111上包覆形成由該陶瓷材料30的材質構成且具有預定厚度的絕緣散熱層12 ；
[0049]使該絕緣散熱層12硬化，以完成一具有預定厚度的絕緣散熱層12的散熱基板10。
[0050]以上所示僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，對本發(fā)明而言僅是說明性的，而非限制性的。本領域技術人員在本發(fā)明權利要求所限定的精神和范圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效的變更，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種具有絕緣散熱層的散熱基板，包含一承載基板及至少一絕緣散熱層，其中所述絕緣散熱層設在所述承載基板的至少一表面上。
2.如權利要求1所述的散熱基板，其特征在于，所述承載基板為一具有散熱作用的基板用以承載該絕緣散熱層；所述絕緣散熱層形成在該承載基板的至少一表面上，其是利用電漿熔射方法將選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦的族群中一種陶瓷材料先行液化，再高壓霧狀噴涂在該承載基板的至少一表面上，以在該至少一表面上包覆形成由該陶瓷材料的材質所構成的絕緣散熱層。
3.如權利要求2所述的散熱基板，其特征在于，所述電漿熔射方法利用選自大氣電漿方法、真空電漿方法、低壓電漿方法中一種方法以將該陶瓷材料液化。
4.如權利要求2所述的散熱基板，其特征在于，所述承載基板為具有散熱作用的金屬基板，該金屬基板選自鋁基板、鎂基板、鋁鎂合金基板、鈦合金基板、銅基板中的一種基板所構成。
5.如權利要求2所述的散熱基板，其特征在于，所述承載基板為具有散熱作用的非金屬基板，該非金屬基板為具有導熱孔的印刷電路板(PCB)式復合基板。
6.如權利要求2所述的散熱基板，其特征在于，所述陶瓷材料包含陶瓷線材或陶瓷粉末。
7.如權利要求2所述的散熱基板，其特征在于，所述絕緣散熱層的形成厚度是依據該絕緣層所欲達成電性絕緣耐壓的程度而預先設定。
8.如權利要求2所述的散熱基板，其特征在于，所述絕緣散熱層的形成厚度是依據該高壓霧狀噴涂在該承載基板的表面上的噴涂時間而預先設定。
9.如權利要求2所述的散熱基板，其特征在于，所述絕緣散熱層的厚度設定為廣50微米(μm)，以使電性絕緣耐壓的程度達到300伏特(V)或以上。
10.如權利要求2所述的散熱基板，其特征在于，所述絕緣散熱層的外表面還設置一線路層。
11.如權利要求10所述的散熱基板，其特征在于，所述線路層包含至少二分開且絕緣的電性連結點供與至少一 LED晶粒所設的不同電極的焊墊對應電性連結，以使該至少一LED晶粒能電性連結并設置在該散熱基板上，其中當該至少一 LED晶粒發(fā)光并產生熱能時，藉由該絕緣散熱層以將該熱能傳導至該承載基板以向外散熱。
12.如權利要求10所述的散熱基板，其特征在于，所述線路層利用選自印刷線路板(PCB)線路工藝、網版印刷工藝、半導體工藝中的一種工藝以形成在該絕緣散熱層的表面上。
13.一種具有絕緣散熱層的散熱基板的制造方法，包含下列步驟:提供一承載基板，該承載基板為一具有散熱作用的基板；提供一陶瓷材料，該陶瓷材料選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氮化鋁、氮化鎂、氮化鈦中的一種；提供一電漿熔射設備，用以液化所述的陶瓷材料；利用高壓霧狀噴涂方式，將上述液化后的陶瓷材料且依預定的噴涂時間噴涂在該承載基板的一預定表面上，以在該表面上包覆形成由該陶瓷材料的材質構成且具有預定厚度的絕緣散熱層?’及使該絕緣散熱層硬化，以完成具有預定厚度的絕緣散熱層的散熱基板。
【文檔編號】H01L33/64GK103682031SQ201210330883
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月7日 優(yōu)先權日:2012年9月7日
【發(fā)明者】璩澤中, 宋大侖, 賴東昇 申請人:茂邦電子有限公司