專利名稱：一種高功率led散熱陶瓷基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高功率LED散熱陶瓷基板，該陶瓷基板可以有效地解決高功率LED的散熱問題，可以廣泛應(yīng)用于汽車照明、交通信號燈、顯示器背光、室內(nèi)外照明等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球性能源短缺和環(huán)保問題已經(jīng)成為影響未來世界經(jīng)濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性問題，受到國家政府、科技界、企業(yè)家的極大關(guān)注和高度重視。發(fā)光二極管(Light EmittingDiode,LED)產(chǎn)品具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、啟動時間短、結(jié)構(gòu)牢固、體積小、高效等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于顯示、照明等領(lǐng)域，已成為引領(lǐng)未來照明的先進技木。隨著高功率LED照明時代的來臨，尋求LED散熱方案已成為業(yè)界必需解決的問題。隨著LED光效的提聞，一方面芯片越做越小，在一定大小的外延片，可切割的芯片 數(shù)越多，從而降低單顆芯片的成本，降低了價格。如出現(xiàn)6mil。另ー方面單芯片功率越做越大，如3W，將來往5W，IOW發(fā)展。這在功率需求的照明等應(yīng)用中可以減少芯片使用數(shù)，降低應(yīng)用系統(tǒng)的成本。隨著LED功率的提升，LED基板的散熱能力成為其重要的材料特性之一，如何有效的將熱能從LED芯片傳導(dǎo)到系統(tǒng)散熱，以降低LED芯片的溫度，増加發(fā)光效率與延長LED壽命顯得越來越重要。因此，基板熱傳導(dǎo)效果的優(yōu)劣就成為業(yè)界在選用散熱基板時，重要的評估項目之一。就LED芯片承載基板的發(fā)展而言，傳統(tǒng)PCB的基板材質(zhì)具有高度商業(yè)化的特色，在LED發(fā)展初期有著相當(dāng)?shù)挠绊懥?。然而隨著LED功率的提升，對散熱要求越來越高，陶瓷基板材料因具有較高導(dǎo)熱率逐漸成為高效能LED的主要散熱基板材料，并逐漸被市場接受進而廣泛使用?，F(xiàn)階段研究較多的陶瓷散熱基板種類共有高溫共燒多層陶瓷(High-TemperatureCo-fired Ceramic,HTCC)、低溫共燒多層陶瓷基板(Low-Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)、直接接合銅基板(Direct Bonded Copper, DBC)、直接鍍銅基板(Direct PlateCopper, DPC)四種。其中，LTCC散熱基板在LED產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)被廣泛的使用，但LTCC為了降低燒結(jié)溫度，于材料中加入了 30% 50%的玻璃材料，使整體的熱傳導(dǎo)率降低至2 3W/mK之間，比其他陶瓷基板都還要低。而且，LTCC使用網(wǎng)印方式印制線路，使線路本身具有線徑寬度不夠精細，以及網(wǎng)版張網(wǎng)等問題導(dǎo)致線路精準(zhǔn)度不足、表面平整度不佳等現(xiàn)象，加上多層疊壓燒結(jié)又有基板收縮比例的問題要考慮，并不符合高功率小尺寸的需求，因此在LED產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用目前多以高功率大尺寸，或是低功率產(chǎn)品為主。而與LTCCエ藝相似的HTCC，需要在1300 1600°C的高溫進行燒結(jié)，屬于較早期發(fā)展的技術(shù)，但由于燒結(jié)溫度較高使其電極材料的選擇受限，目前鮮少使用于LED產(chǎn)業(yè)，且HTCC與LTCC有相同的問題，亦不適用于高功率小尺寸的LED產(chǎn)品。為了使DBC的銅層與陶瓷基板附著性佳，必須因采用1065 1085°C高溫熔煉，制造費用較高，且有基板與Cu板間有微氣孔問題不易解決，使得DBC產(chǎn)品產(chǎn)能與良率受到極大的考驗；再者，若要制作細線路必須采用特殊處理方式將銅層厚度變薄，卻造成表面平整度不佳的問題，若將產(chǎn)品使用于共晶/覆晶エ藝的LED產(chǎn)品相對較為嚴(yán)苛。因此，目前上述的制作エ藝不能有效地解決LED的散熱問題。[0005]陶瓷材料的選用。氧化鋁(Al2O3)陶瓷導(dǎo)熱率相對較低，在大功率、高密度封裝器件運行時須強制散熱才可滿足要求。氧化鈹(BeO)陶瓷導(dǎo)熱性能最好，但因環(huán)保問題，基本上被淘汰。碳化硅(SiC)陶瓷金屬化后鍵合不穩(wěn)定，作為絕緣基板用時，會引起熱導(dǎo)率和介電常數(shù)的改變。氮化鋁(AlN)陶瓷具有高的導(dǎo)熱性能，其熱傳導(dǎo)系數(shù)是Al2O3熱傳導(dǎo)系數(shù)10倍，適用于大功率半導(dǎo)體基片，在散熱過程中自然冷卻即可達到目的，同時還具有很好的機械強度、優(yōu)良的電氣性能。雖然目前國內(nèi)制造技術(shù)還需改進，價格也比較昂貴，所以采用AlN陶瓷材料做絕緣導(dǎo)熱基板已是大勢所趨。為了有效地解決LED散熱問題，本發(fā)明選用AlN陶瓷材料作為陶瓷基板原材料，采用的電鍍エ藝不但提高了線路的精密度，増加線路的厚度提高基板的導(dǎo)熱性能，更好地解決了 LED的散熱問題，提高了 LED的壽命以及發(fā)光效率。而且表面平整度高、線路對位精準(zhǔn)度誤差值小，完全避免了收縮比例、網(wǎng)版張網(wǎng)、表面平整度等問題。本發(fā)明所制作的陶瓷基板產(chǎn)品屬于新一代的陶瓷基板的研發(fā)產(chǎn)品，可以與LED芯片達到共晶焊接技術(shù)結(jié)合，優(yōu)化的封裝結(jié)構(gòu)，有效解決了傳統(tǒng)固晶エ藝存在的導(dǎo)熱率過低、厚度不易控制等問題，從而取代傳統(tǒng)LED點膠封裝生產(chǎn)方式。該項LED產(chǎn)品可運用在更苛刻的外在環(huán)境及更高亮度的照明產(chǎn)品上，完全可以解決高功率LED的散熱問題。在高功率LED陶瓷散熱領(lǐng)域，本發(fā)明將是最 適合高功率且小尺寸LED發(fā)展需求的陶瓷散熱基板。

實用新型內(nèi)容本發(fā)明的目的在于公開一種高功率LED散熱陶瓷基板，該產(chǎn)品克服現(xiàn)有陶瓷基板的缺陷，解決上述現(xiàn)有產(chǎn)品的不足，有效地解決LED散熱問題，表面平整度高，有效解決傳統(tǒng)固晶エ藝存在的問題，同時提高線路精密度及厚度，適合高功率且小尺寸LED發(fā)展需求。本發(fā)明的又一目的是，提升電路的分辨能力，提聞線路精密度；同時提聞線路、金屬層的平整度，從而可以實現(xiàn)與高功率LED芯片共晶，適合大功率的芯片封裝作業(yè)。其線路加厚及導(dǎo)通孔鍍銅，提高陶瓷基板散熱能力，可提高產(chǎn)品壽命；電鍍直接形成銅線路，銅線路本身具有理想的電傳導(dǎo)特性，且同時兼具理想導(dǎo)熱效果。因此，本發(fā)明有效解決散熱問題，同時適合高功率且小尺寸LED發(fā)展需求。為了達到上述目的，本發(fā)明ー種高功率LED散熱陶瓷基板采取以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)。本發(fā)明ー種高功率LED散熱陶瓷基板，包括一陶瓷胚體，陶瓷胚體可以為ー氮化鋁陶瓷胚體。采用濺鍍或真空鍍膜或化學(xué)鍍的方式在陶瓷胚體上鍍ー層薄銅金屬化層，再采用黃光微影及電鍍方式在薄銅上鍍銅金屬化層和導(dǎo)電線路，然后在銅金屬化層上電鍍銀或金或鎳金屬化層。在陶瓷胚體正面中部有ー固晶金屬層，其具有至少三層金屬化層，從里至外依次為薄銅金屬化層、銅金屬化層、銀或金或鎳金屬化層。在陶瓷胚體正面設(shè)有導(dǎo)電金屬層，具有至少三層金屬化層，從里至外依次為薄銅金屬化層、銅金屬化層、銀或金或鎳金屬化層。在陶瓷胚體背面敷設(shè)有導(dǎo)熱金屬層，其具有至少兩層金屬化層，從下至上依次為薄銅金屬化層、銅金屬化層。[0014]在固晶金屬層兩端至少布置一對電極，其具有至少三層金屬化層，從下至上依次為薄銅金屬化層、銅金屬化層、銀或金或鎳金屬化層。在陶瓷胚體正面，從電極引出導(dǎo)電線路，其具有至少三層金屬化層，從里至外依次為薄銅金屬化層、銅金屬化層、銀或金或鎳金屬化層。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于(I)散熱佳、匹配性高。熱應(yīng)カ系數(shù)與LED芯片匹配，提高產(chǎn)品的可靠性。與傳統(tǒng)的鋁基電路板MCPCB (散熱系數(shù)I 2W/mk)相比，氮化鋁陶瓷(170 230W/mk)具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，散熱效果顯著，有效地解決了 LED的散熱問題。即使LED產(chǎn)品可運用在更苛刻的外在環(huán)境及更高亮度的照明產(chǎn)品上，也可以解決高功率LED的散熱問題。(2)可靠性高。由于氮化鋁陶瓷胚體與銅金屬的熱膨脹系數(shù)相差較大，因此在使用中易產(chǎn)生熱應(yīng)力，在氮化鋁陶瓷胚體和銅金屬化層之間制備ー層薄銅金屬化層，作為過渡層的薄銅金屬化層緩解了熱應(yīng)カ造成的影響，提高了基板的可靠性?！?2)線路密度高。采用黃光微影、電鍍等エ藝制作導(dǎo)電層線路，可提升電路的分辨能力，可以做出的線路又精細又直，提聞線路密度，提聞陶瓷基板的散熱效果；提聞導(dǎo)電密度、相對位置精度，不會造成LED芯片器件偏移的問題。符合LED的功率越來越高，尺寸越來越小的趨勢。(3)金屬層平整度高。通過電鍍エ藝進行金屬層平坦化工作，易于實現(xiàn)與高功率LED芯片共晶焊接的エ藝，可提高產(chǎn)品壽命外，也適合大功率的芯片封裝作業(yè)。(4)簡化制作エ藝，降低成本。氮化鋁陶瓷胚體和銅金屬化層具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱率較高，散熱效果好，無須再設(shè)金屬化孔增加導(dǎo)熱率，簡化了制作エ藝，成本降低。由于本發(fā)明是采用電鍍エ藝形成適當(dāng)厚度的銅金屬線路，銅金屬線路比銀、金等金屬線路材料便宜。不存在高溫?zé)Y(jié)而影響線路與基板的結(jié)合力，對陶瓷原料成分的要求可以適當(dāng)降低，故可以降低制作成本。也不存在LTCC/HTCC的燒結(jié)收縮比例及厚膜制程的網(wǎng)版張網(wǎng)問題。(5)保證了金屬線路層與氮化鋁陶瓷胚體之間很強的附著力和高的電導(dǎo)率。在制備エ藝上實現(xiàn)了薄銅金屬化層與氮化鋁陶瓷胚體的高強度結(jié)合，解決了以往銅金屬化層與氮化鋁陶瓷之間的結(jié)合力問題，并使電鍍銅金屬化層厚度均勻一致。為能進一歩了解前述目的及本發(fā)明的技術(shù)特征，附以圖式詳細說明。

本發(fā)明ー種高功率LED散熱陶瓷基板。圖I本發(fā)明ー種高功率LED散熱陶瓷基板較佳實施例仰視圖。圖2本發(fā)明ー種高功率LED散熱陶瓷基板較佳實施例俯視圖。圖3本發(fā)明ー種高功率LED散熱陶瓷基板較佳實施例剖示圖。圖中附號說明1陶瓷胚體；2導(dǎo)電線路；3固晶金屬層；4導(dǎo)電金屬層；5導(dǎo)熱金屬層；6銀/金/鎳金屬化層；7銅金屬化層；8電極；9薄銅金屬化層。
具體實施方式
以下是本發(fā)明一種高功率LED散熱陶瓷基板制法，現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例詳細說明如下圖I是本發(fā)明一種高功率LED散熱陶瓷基板第一較佳實施例仰視圖，圖2是圖I第一較佳實施例的俯視圖。圖3是本發(fā)明一種高功率LED散熱陶瓷基板第二較佳實施例剖示圖。如圖I所示，本發(fā)明的實施例一種高功率LED散熱陶瓷基板，其包括一陶瓷胚體I、ー固晶金屬層3、導(dǎo)電線路2、導(dǎo)電金屬層4、導(dǎo)熱金屬層5及至少ー對電極8。陶瓷胚體I為氮化鋁陶瓷胚體。由于陶瓷胚體I具有良好的導(dǎo)熱性，因此可有效地將LED芯片產(chǎn)生的熱能傳出，從而提高LED芯片的使用壽命及提高LED發(fā)光效率。如圖I所示，陶瓷基板具有ー固晶金屬層3、導(dǎo)電線路2、導(dǎo)電金屬層4、導(dǎo)熱金屬層5及至少ー對電極8。固晶金屬層3是用以設(shè)置LED芯片，LED芯片通過金線與電極8導(dǎo)通。電極8通過導(dǎo)電金屬層4和導(dǎo)電線路在測試階段實現(xiàn)外部電路連接，從而測試LED芯片是否正常發(fā)光，無需金屬化孔。 如圖I所示，為了使得提高陶瓷基板的散熱效果，又可在陶瓷基板中設(shè)計導(dǎo)熱金屬層5，LED芯片產(chǎn)生的熱量由固晶金屬層3通過陶瓷胚體I傳到導(dǎo)熱金屬層5，再由導(dǎo)熱金屬層5迅速地散熱到空氣中，從而提高陶瓷基板的散熱。導(dǎo)熱金屬層的面積越大其散熱效果越好。如圖I所示，導(dǎo)電金屬層4、導(dǎo)電線路2可以由薄銅金屬化層9、銅金屬化層7，以及銀或金或鎳金屬化層6形成。采用黃光微影和電鍍等エ藝制作導(dǎo)電金屬層和導(dǎo)電線路，提升電路的分辨能力，可以做出的線路又精細又直，提聞線路密度，提聞陶瓷基板的散熱效果；相對位置精度高，不會造成LED芯片器件偏移的問題。符合LED的功率越來越高，尺寸越來越小的趨勢。薄銅金屬化層9是在氮化鋁陶瓷胚體和銅金屬層之間的一層薄銅金屬化層，作為過渡層的薄銅金屬化層緩解了氮化鋁陶瓷胚體與銅金屬之間熱應(yīng)力造成的影響，提高了基板的可靠性。實現(xiàn)了薄銅金屬化層與氮化鋁陶瓷的高強度結(jié)合，解決了以往只能銅金屬化層與氮化鋁陶瓷之間的結(jié)合力問題，并使電鍍銅金屬層厚度均勻一致。銅金屬化層7導(dǎo)熱率高，銅金屬線路比銀、金等金屬線路材料便宜，降低成本。銀或金或鎳金屬化層6，由于其化學(xué)穩(wěn)定性較好，可以防止銅金屬化層沾污或者金屬氧化，長期儲存而不氧化，保證基板的可焊性及外觀。經(jīng)上述說明可看出本發(fā)明的制作方法，具備散熱佳、可靠性高、線路密度高、無收縮率匹配的問題、金屬層平整度高、制作成本低等優(yōu)點。在聞效能、聞廣品品質(zhì)、聞生廣率的要求下，聞散熱效果、聞精準(zhǔn)度的陶瓷基板エ藝將成為趨勢，本發(fā)明ー種高功率LED陶瓷基板突破了目前厚膜エ藝產(chǎn)品所無法突破的瓶頸。在高功率LED散熱領(lǐng)域，可以說本發(fā)明是最適合高功率且小尺寸LED發(fā)展需求的陶瓷散熱基板。上述實施例僅為本實用新型較佳實施例而已，并非用以限制本實用新型的范圍，舉凡熟悉此項技藝的人士，運用本實用新型說明書及權(quán)利要求范圍所作的產(chǎn)品等效結(jié)構(gòu)變化，理應(yīng)包括于本專利申請的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高功率LED散熱陶瓷基板，其特征在于包括一陶瓷胚體(I)、一固晶金屬層(3)、導(dǎo)電線路(2)、導(dǎo)電金屬層(4)、導(dǎo)熱金屬層(5)及至少一對電極(8)。陶瓷基板具有一固晶金屬層(3)、導(dǎo)電線路(2)、導(dǎo)電金屬層(4)、導(dǎo)熱金屬層(5)及至少一對電極(8)。固晶金屬層(3)是用以設(shè)置LED芯片，LED芯片通過金線與電極(8)導(dǎo)通。電極(8)通過導(dǎo)電金屬層(4)和導(dǎo)電線路在測試階段實現(xiàn)外部電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高功率LED散熱陶瓷基板，其特征在于其中所述的陶瓷胚體(I)為氮化鋁陶瓷胚體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高功率LED散熱陶瓷基板，其特征在于其中所述的固晶金屬層(3)，位于陶瓷胚體(I)正面中部，具有至少三層金屬化層，從里至外依次為薄銅金屬化層(9)、銅金屬化層(7)、銀或金或鎳金屬化層(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高功率LED散熱陶瓷基板，其特征在于其中所述的導(dǎo)電線路(2)，其從電極(8)引出，設(shè)于陶瓷胚體(I)正面，具有至少三層金屬化層，從里至外依次為薄銅金屬化層(9)、銅金屬化層(7)、銀或金或鎳金屬化層(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高功率LED散熱陶瓷基板，其特征在于其中所述的導(dǎo)電金屬層(4)，設(shè)于陶瓷胚體(I)正面，具有至少三層金屬化層，從里至外依次為薄銅金屬化層(9)、銅金屬化層(7)、銀或金或鎳金屬化層(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高功率LED散熱陶瓷基板，其特征在于其中所述的導(dǎo)熱金屬層(5)，其敷設(shè)在陶瓷胚體(I)背面，具有至少兩層金屬化層，從下至上依次為薄銅金屬化層(9)、銅金屬化層(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高功率LED散熱陶瓷基板，其特征在于其中所述的至少一對電極(8)，其布置在固晶金屬層(3)兩端，具有至少三層金屬化層，從下至上依次為薄銅金屬化層(9)、銅金屬化層(7)、銀或金或鎳金屬化層(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7任一所述的一種高功率LED散熱陶瓷基板，其特征在于其中所述的薄銅金屬化層(9)，在陶瓷胚體(I)和銅金屬化層(7)之間作為過渡層。
專利摘要本實用新型公開一種高功率LED散熱陶瓷基板，該產(chǎn)品由陶瓷胚體(1)、導(dǎo)電線路(2)、固晶金屬層(3)、導(dǎo)電金屬層(4)、導(dǎo)熱金屬層(5)及至少一對電極(8)組成。該陶瓷基板采用氮化鋁陶瓷胚體，通過電鍍工藝復(fù)合多層金屬化層形成線路和金屬層，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，有效解決LED散熱問題，表面平整度高，有效解決傳統(tǒng)固晶工藝存在的問題；同時提高線路精密度及厚度，適合高功率且小尺寸LED發(fā)展需求。
文檔編號H05K7/20GK202616297SQ20122005534
公開日2012年12月19日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者王青山, 舒麗君, 周文賢, 謝惠姻 申請人:高新低碳能源科技股份有限公司