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TWI260065B - Substrate and method for fabricating the same - Google Patents

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TWI260065B
TWI260065B TW094100031A TW94100031A TWI260065B TW I260065 B TWI260065 B TW I260065B TW 094100031 A TW094100031 A TW 094100031A TW 94100031 A TW94100031 A TW 94100031A TW I260065 B TWI260065 B TW I260065B
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layer
metal
patterned
metal layer
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TW094100031A
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TW200625513A (en
Inventor
Tzyy-Jang Tseng
Jimmy Chang
Camus Yu
Chung-Wen Ho
Original Assignee
Unimicron Technology Corp
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Publication date
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Priority to US11/128,769 priority patent/US7535098B2/en
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Description

1260065 13896twf.doc/m 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 ’ 树明是有關於—種基板及基板製作方法，且特別是有問 於一種導熱性佳及導電性佳的基板及其所對” 【先前技術】 以作方法。 >貧訊產品在工商社會所扮演的角色已愈來愈重要，隨著資 汛產品的推陳出新，電子產品的功能亦愈趨多樣化，且產品 φ ^外型亦朝向小型化的趨勢發展，不但如此，電子產品的口 • _更穩定。在產品縮小化的同時，散熱的議題是^解^ ^問題，使得高發熱的晶片，比如是功率晶片或發光二極體 乂 ：、’可以快速地將熱散出，以維持穩定運作。就晶片配 k.基^上的封裝結構而言，基板是晶片散熱的其中二==
•，騎性的角色，基板散熱性能良齡影響晶操作的 罪性。 J 接下來’簡單介紹習知具有導熱性佳之基板的封裝結構， _ 如目1所示。基板110具有一圖案化線路層112、-絕緣層 攀114及-金屬板116 ’絕緣層114係位在圖案化線路層^ 與金屬板116之間。熱源12〇(高發熱元件)連接多根 < 130^分別透過焊料140接合於基板丨1〇之圖案化線路層叱 上。」y尤熱源m的散熱途經而言，熱源m所產生的熱量可 以經過蟬料14G、®案化線路層112、絕緣層114及金屬板 116散出於外，如散熱路徑15〇所示；或者可以經過 13〇、焊料140、圖案化線路層112、絕緣層114及金屬 U6散出於外，如散熱路徑160所示。 1260065 13896twf.doc/m -般常用之絕緣層114材質比如是FM、BT、PGlyimide、 PET等，這些祕料數值皆小於1W/m.QK，或是使用改良 之導熱性PP ’其熱傳導係數值亦小於1〇W/m.QK，如此之絕 緣層114的熱傳導效率甚低。上述之散熱途徑、湖， 均需經過絕緣層114，由於受到絕緣層114的影響，每一散 熱路徑150、160白勺散熱效率均無法達到高散敎^需长。= 無法滿足麵no之散熱速率的要树，會嚴舰影響敎ς 120之操作及壽命。 ·、 此外，圖案化線路層112垂直於電流流動方向的截面積係 甚小，如此之®案化線路層112阻抗較高，無 效能 的電性傳輸。 咬」文月匕 【發明内容】 因此本發明目的之-就是提供一種基板 導熱性及導電性。 /、有甚k的 本發明目的之二就是提供一種基板製作方法 導熱性佳及導電性佳的基板。 衣作出 本發明的目的及解决紐術的方法是採心 實現的。依據本發明提出的—種基板，包括：=木 絕緣體。金屬板係由第-圖案化金屬層及第二‘屬，= 配置於金屬板之二側所組成，第—圖案化金屬“第U 化金屬層_錢利目同，且有部分_彼^目接=圖木 案2金屬層與第二圖案化金屬層係-體成形。絕上1目1—圖 於第一圖案化金屬層的間隙。 則配置 依據本發明提出的一種基板製作方法，包括下列步驟。首
1260065 13896twf.doc/m 先提供一金屬板，具有第一表面及與其相對之第- ·、 行第一半姓刻製程，姓刻金屬板之第一表面至第一;， 形成第-圖案化金屬層於第-表面。然後填人第_=體二 第-圖案化金屬層的_中。接著進行第二半_製程^ 刻金屬板之第二表面至第二深度，並暴露出至少部一 緣體，以形成第二圖案化金屬層於第一表面，其中第一深= 與弟一味度之總和等於金屬板之厚度。 藉由上述技術方案，本發明至少具有以下優石： 之上表面與下表面之關導熱路徑並沒有夾雜熱阻高二絕 緣層，而僅透過金屬板巾二相接賴案化金屬層達成，因此 本發明之基板具有甚佳的散熱效能。再者，由於本發明之基 板而圖案化金屬層部分線路直接相接，且金屬線路^直於^ 流流動方向的截面積係甚大，因此可崎低阻抗 能的電性傳輸。 “為廣本电明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易 懂’下文特舉較佳實關，並配合所關式，作詳細說明如 下： 【實施方式】 首先w紹本發明之基板結構，請參照圖2，繞示具有本發 明之基板的封裝結構之剖面示意圖。基板包括一金屬板21〇 及「絕緣體230，金屬板210由二圖案化金屬層222、224 斤"、成孟屬板210的厚度比如係介於〇.25nim到3.0mm之 間，等於圖案化金屬層222的厚度加上圖案化金屬層224的 1260065 13896twf.doc/m 厚度。金屬板210之相對二表面21〇a、210b係定義出基板 之上表面及下表面，而圖案化金屬層222、224配置於相對 上表面210a及下表面21〇b之二侧，彼此一體成形而組成金 屬板210。值得注意的是，基板的上表面210a與下表面21〇b 之間的一散熱路徑280、290全是由實體的圖案化金屬層相 連接所提供，故本發明之基板具有甚佳的導熱效能。 金屬層240可以選擇性的配置於金屬板210之上表面21〇a | 上亦即圖案化金屬層222之表面，金屬層240適於與一熱 源250接合，其中熱源25〇比如是具有高功率晶片或發光二 極體晶片之封裝體，一般而言，晶片的材質比如包括矽、砷 化鎵(GaAs)或鍺(Ge)。金屬板21〇的材質比如是銅、鋁或不 銹鋼。金屬層240包括一鎳層242及一金層244，鎳層242 係位於圖案化金屬層222上，金層244係位於鎳層242上， 熱源250適於與金層244接合 圖案化金屬層222及224的線路圖案之間具有多個間隙 丨 228，絕緣體230係填入於間隙228中。在本實施例中，絕 緣體230之上表面230a比如是共平面於圖案化金屬層222 之上表面21〇a，絕緣體23〇之下表面23%比如是共平面於 圖案化金屬層224之下表面21%。若是本發明的基板係應 用在發光二極體封裝結構上，則可以選擇反射率佳的白色之 絕緣體230，藉以提高發光二極體的發光效率。 熱源250可以連接多根引腳260，熱源250及引腳260可 以利用比如是錫膏的焊料27〇接合於基板之金屬層24〇上。 就熱源250的散熱途徑而言，熱源25〇所產生的熱量可以經 1260065 13896twf.doc/m 過焊料27〇、金屬層240及圖案化金屬層222、224散出於 外’如散熱路徑280所示；或者可以經過引腳26〇、谭料270、 金屬層240及圖案化金屬層222、224散出於外，如散熱路 徑290所示。 由上述可知，散熱路徑280、290均是由金屬所構成，並 沒有夾雜熱阻高的絕緣層，因此上述之散熱路徑28〇、29〇 可以提供甚佳的散熱效能，故本發明之基板可以滿足更高功 率之熱源250的散熱需求。再者，由於上述之基板，圖案化 金屬層222、224不但提供散熱路徑，更是熱源25〇對外電 性連接的路徑，由於二圖案化金屬層222、224直接相接， 亚無透過習知高阻抗的貫孔，因此可崎餘抗，達到高效 能的電性傳輸。
另外，本發明之基板可以利用各種方式直接電性連接於晶 片，而不透過封裝，比如是利用覆晶接合方式或是打線方 式’使⑼與本發明之基板接合，當然後續 膠包覆的製程配合。 T 板製作方第一實施例 一 ^至圖7繪示依照本發明第一實施例之級製程的剖面 示思圖。 请參照圖3，首先提供一金屬板32〇 及與其相狀-下表面就接著，卿%上== 钱刻金屬板320之上表面鳥至第—深度以，以形成 化金屬層340於上表面32〇a。第_ /木 括:形成-光阻層(未㈣於上表 1260065 13896twf.doc/m ΐ著^上表面32Ga的光阻層進行曝光顯影，圖案化光阻 部分上表面3施。以光阻層為罩幕，進行侧步 =闕暴露出之金屬板32G表面至第—深度μ，以形成 =化金屬層340 ’而圖案化金屬層線路間形成間隙322。 农後移除光阻層。 ，參照圖4 ’接著填入絕緣體33〇之預聚物㈣體，呈 ^於間隙巾，之後利用加熱的方式，固化(⑶麵)絕 、、=330。接著，進行一研磨製程，藉以研磨金屬板320的 表面320a及突出於間隙322外的絕緣體％ 3 =上表面33〇a共平面於編反娜之上表面遍為 d而本叙明的應用並不限於此，亦可以省去研磨金 基底320之上表面32〇a的製程。 杯照圖5，接著進行第二半侧製程，侧金屬板32〇 之下表面32Gb至第—深度d2，並暴露出至少部分絕緣體 下表面330b，以形成圖案化金屬層342於下表面32〇b。 -中第深度dl與第二深度d2之總和等於金屬板32〇之厚 度’也就是圖案化金屬層34〇及342 —體成形，構成金屬板 。弟二半侧製程詳細步驟包括：絲成—光阻層（未緣 不)於上表面320a及下表面320b。接著，對下表面遍的 光阻層進行曝光顯影，圖案化光阻層以暴露出部分下表面 320b。以光阻層為罩幕，進行钕刻步驟，餘刻暴露出之金屬 ，320下絲320b至第二深度们，以形成圖案化金屬層 342，而圖案化金屬層線路間形成間隙324。最後移除光阻 層0 10 1260065 13896twf.doc/m 請參照圖6，接著可以選擇性填入絕緣體34〇 (P〇ly蕭，呈液態)於間隙324中，之後利用加熱的1 化(CUring)絕緣體340。接著，可以進行一研磨製程，研磨全 屬板320的下表面32%及突出於間隙324外的絕緣體州， 直到絕緣體340之下表面鳩共平面於金屬板32()之 面320b為止 '然而，本發明的應用並不限於此，亦可: 去研磨金屬板320之下表面32%的製程。此外絕緣體細 的形成為選擇性的製程，可以省略而不填人任何物質於 324 中0 請參照圖7,接著獅性_魏的料軸—金屬層 350於圖案化金屬層34〇的上表面遍上，此製程包括形成 一鎳層352於金屬基底32〇的上表面32〇a上及形成一金層 354於鎳層352上。此外，本發明的應用方式並不限於此， 亦可以形成含有鎳層及金層之金屬層（未繪示)於圖案化金屬 層342之下表面32〇b上。或者省略形成金屬層35〇於圖案 化金屬層340之上表面320a上的步驟，僅形成於圖案化金 屬層342之下表面320b。 上述的圖案化金屬層340、342可以由多個基板線路單元 組成，之後可進行一切單製程，將這些基板線路單元彼此分 離，使得基板310可以分割成多個適於封裝製程之小塊的基 板單元。 在上述的製程中，係省略形成焊罩層的步驟，當然在實際 應用上’亦可以形成一焊罩層（未繪示)於基板之上表面上及 下表面上，焊罩層之開口可以暴露出圖案化金屬層34〇、 1260065 13896twf.doc/m 342，用於形成基板31〇之晶片座、接點或散熱部分。 4.21 板數jj方法之第二眚妳^ 圖^至圖1〇繪示依照本發明第一實施例之基板製程的剖 面不思圖。圖8Α、圖9Α及圖ΐ〇Α分別繪示圖8、圖9及圖 ίο中基板製程的上視示意圖，目8係為圖8Α中沿著剖面線 剖面示意圖，圖9係為圖9Α中沿著剖面線Μ的剖面 示思圖’圖10係為圖1 〇Α中沿著剖面線ΙΠ_ΙΠ的剖面示意圖。 請參照圖8及圖8Α，首先提供一金屬基板42〇 ;接著， 比如利用機械衝孔的方式形成多個貫孔422，貫穿金屬板 420。 。月參妝圖9及圖9Α，接著可以填入絕緣體430之預聚物 (polymer)於貫孔422中，之後可以利用加熱的方式，'固化 (curing)絕緣體430。接著，可以進行研磨製程，藉以研磨金 屬基板420的上表面420a及向上突出於貫孔422外的絕緣 體430，直到絕緣體430之上表面430a共平面於金屬基板 420之上表面420a為止，並且還研磨金屬基板“ο的下表面 420b及向下突出於貫孔422外的絕緣體430，直到絕緣體 430之下表面430b共平面於金屬基板420之下表面420b為 止。然而，本發明的應用並不限於此，亦可以省去研磨金屬 基板420之上表面420a的製程，或是省去研磨金屬基板42〇 之下表面420b的製程。 請參照圖10及圖10A，接著可以利用電鍍的方式形成一 圖案化金屬層450於金屬基板420的上表面420a上，此製 程包括形成一鎳層452於金屬基板420的上表面420a上及 12 1260065 13896twf.doc/m =成-金層454於鎳層452上。其他表面金屬層 ，譬如一化 子處、孟層’可以取代電賴金層，—電鍍献學銀層以及焊 錫層，亦可以取他魏金層。料，本發_應用並不限 於此亦可以形成含有鎳層及金層之另一圖案化金屬層（未 纷示)於金屬基板之T表面傷上，或者亦可以省略形 成圖案化金屬層450於金屬基板420之上表面420a上的步 之後，可以進行衝壓製程，藉以去除金屬基板420之部 分區域460，使得金屬基板420之多個金屬部分424、420、 428之間可以相互分離，並且同時可以使基板分割成多個適 於封裝製程之小塊的基板單元。 在上述的製程中，係省略形成焊罩層的步驟，當然在實際 應用上，亦可以形成一焊罩層（未繪示)於基板410之上表面 上及下表面上，焊罩層之開口可以暴露出圖案化金屬層450 或金屬板420，用於形成基板41〇之接點或導熱連接部分。 發光二極艚射奘結椹 請參照圖11，其繪示依照本發明一較佳實施例之發光二 極體封裝結構的剖面示意圖。 一 金屬板520具有一凹孔521，凹陷於金屬板52()的上表面 520a，可以容納發光二極體晶片53〇。就製作步驟而言，比 士 了以利用衝壓、鑽盲孔或姓刻的方式，先形成此凹孔521 於金屬板520上，之後才進行第一實施例的製程，或是進行 第二實施例製程，由於後續製程係與前述之基板製程雷同， 在此便不再資述。 利用前述的製程將基板51〇製作完成之後，利用黏著材料
1260065 13896twf.doc/m 532可以將發光二極體530晶片貼附於金屬板520之凹孔 521的底部521a上，接著可以進行打線製程，藉以形成多條 導線540連接發光一極體晶片530及基板510之接腳512。 之後，可以形成一封裝材料550於基板510上，並包覆發光 二極體晶片530及導線540。 上述的發光二極體封裝結構500由於發光二極體晶片530 係配置於凹孔521中，因此發光二極體晶片530射向周圍的 光線可以透過凹孔520之側壁521b及底部521a的反射，增 加此封裝結構500向前發光的亮度。再者，絕緣體560可以 採用反射性佳的白色或淺色系列之材質，藉以增加發光二極 體封裝結構500的發光效能。 然而，本發明的應用並不限於此，發光二極體晶片亦可以 配置在平坦的金屬板上，並不限於配置在凹孔中。 互結論 综上所述，本發明至少具有下列優點·· 乃1·本發明之基板，由於上表面與下表面之間的導熱路徨並 沒有夾雜熱阻高的絕緣層，而僅透過金屬板達成，因此^以 具有甚佳的散熱效能。 2·本發明之基板，由於圖案化金屬層係直接相接，因 線路垂直於電錢動方向喊面積係甚大，因此可 阻k達到高效能的電性傳輸。 - 佳之基板S作方法，可以製作出散熱雜及導電性 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 14 1260065 13 896twf.doc/m 本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明 内，當可作各種之更娜_，因此本發㈣ === 後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1緣示具有導熱性佳之基板的封裝結構之剖面示意圖。 圖2綠示具有本發明之基板的封裝結構之勤示意圖。 一，3至圖7、％不依照本發明第—實施例之基板製程的 示意圖。 圖j至圖10繪示依照本發明第一實施例之基板製程的剖 面示思圖。 圖8A、圖9A及圖10A分別緣示圖8及圖1〇 板製程的上視示意圖。 圖11繪示依照本發明一鲂社每 接从立丨二-立门 &彳土貫施例之發光二極體封裳結 構的剖面不意圖。 【主要元件符號說明】 110 基板 112 圖案化線路層 114 絕緣層 116 金屬板 120 熱源 130 引腳 140 焊料 150 散熱路徑 160 :散熱路徑 1260065 13896twf.doc/m 210 ··金屬板 - 210a :上表面 • 210b :下表面 222 :圖案化金屬層 224 :圖案化金屬層 228 :間隙 230 :絕緣體 230a ··絕緣體之上表面 • 23Qb ··絕緣體之下表面 • 240 ··金屬層 - 242 ··鎳層 244 ··金層 ' 250 ··熱源 260 :引腳 270 :焊料 280 :散熱路徑 • 290 :散熱路徑 , 310 :基板 320 :金屬板 320a :上表面 320b :下表面 322 :間隙 324 :間隙 330 :絕緣體 16 1260065 13896twf.doc/m 330a :絕緣體之上表面 • 330b :絕緣體之下表面 - 340 :絕緣體 340b :絕緣體之下表面 350 :金屬層 352 :鎳層 354 :金層 參 410 :基板 420 :金屬基板 420a :金屬基板之上表面 • 420b ··金屬基板之下表面 一 422 :貫孔 * 424 :金屬部分 426 :金屬部分 428 :金屬部分 430 :絕緣體 • 430a :絕緣體之上表面 430b :絕緣體之下表面 450 ··圖案化金屬層 452 :鎳層 454 :金層 460 :金屬基板之去除部分 500 :發光二極體封裝結構 510 ··基板 17 1260065 13896twf.doc/m 512 :接腳 520 ··金屬板 520a :金屬板的上表面 521 :凹孔 521a :凹孔之底部 521b :凹孔之侧壁 530 :發光二極體晶片 5 3 2 :黏者材料 540 :導線 550 :封裝材料 dl·.第一深度 d2:第二深度
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Claims (1)

1260065 13896twf.doc/m 十、申請專利範圍： 1·一種基板，包括： 金屬板’係由一第一圖案化金屬層及一第二圖案化金屬 層^置於該金屬板之二侧所組成，且有部分圖案彼此相接， 。亥第一圖案化金屬層與該第二圖案化金屬層係一體成形；以 及 第一絕緣體，配置於該第一圖案化金屬層的間隙。 声》如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該金屬板的厚 糸；丨於0.25mm到3.0mm之間。 拼·如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該金屬板的材 貝包括鋼。 t·如申請專利範圍第丨項所述之基板，其中該金屬板的材 貝包括鋁。 Μ ·如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該金屬板的材 貝包括不銹鋼。 金6·如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該第一圖案化 土屬層及該第二圖案化金屬層表面還包括_鎳層及一金層。 具$申請專利範圍第1項所述之基板，其中該第一絕緣體 /、之表面與該第一圖案化金屬層表面齊平。 8·如申請專利範圍第丨頊所述之基板，更包括一第二絕緣 I’配置於該第二圖案化金屬層的間隙。 罩展士申清專利範圍第1頊所述之基板，更包括一圖案化銲 :，覆蓋於該金屬板表面，並暴露出部分該第一圖案化金 运及该第二圖案化金屬層。 19 1260065 13896twf.doc/m 10·如申凊專利範圍第丨項所述之基板，其中該第一絕緣 ' 體係藉由一液態介電材料經過固化而形成。 _ η·如申請專利範圍第8項所述之基板，其中該第二絕緣 體係藉由一液態介電材料經過固化而形成。 12·如申睛專利範圍第1項所述之基板，其中該第二圖案 化金屬層包括一晶片座及多數個第一接點，該晶片座適於容 納一發光二極體晶片。 # 13·如申請專利範圍第12項所述之基板，其中該第一圖案 化金屬層包括一散熱部分及多數個第二接點其中該些第二 接點與該第一接點電性連接。 -: 14·一種基板製作方法，包括： - 提供一金屬板，具有一第一表面及與其相對之一第二表 ， 面； ^進行一第一半蝕刻製程，蝕刻該金屬板之該第一表面至一 第一深度，以形成一第一圖案化金屬層於該第一表面； φ 填入一第一絕緣體於該第一圖案化金屬層的間隙中；以及 ^進行第一半姓刻製程，姓刻該金屬板之該第二表面至一 • 第—沬度，亚暴露出至少部分該第一絕緣體，以形成一第二 • _化金屬層於該第―表面，其中該第-深度與該第二深产 之總和等於該金屬板之厚度。 …15·如申請專利範圍第14項所述之基板製作方法， 弟—半蝕刻製程包括： 、 形成-光阻層於該第—表面及該第二表面； 對該第一表面的該光阻層進行曝光顯影，圖案化該光阻層 20 1260065 13896twf.doc/m 以暴露出部分該第一表面； 為罩幕’進行_步驟，#刻暴露出之該金屬 板表面至料-深度，以形成該第—圖案 移除該光阻層。 久 16.如申請專利第14項所述之基板製作方法，且中在 填入該第-絕緣體於該第—圖案化金屬層的後 包括研磨該第一表面及該第一絕緣體。 交旯 斤17,如中請專利範圍第14項所述之基板製作方法，其中該 弟二半姓刻製程包括： 形成一光阻層於該第一表面及該第二表面； 面的該光阻層進行曝光顯影，圖案化該光阻層 以暴路出部分該第二表面； 軛為罩幕’進行蝕刻步驟’蝕刻暴露出之該金屬 "』〜弟一沬度，以形成該第二圖案化金屬層；以及 移除該光阻層。 18.知申請專利範圍第14項所述之基板製作方法，更包括 填入-第二絕緣體於該第二圖案化金屬層的間隙中。 19:如申請專利範圍第！8項所述之基板製作方法，其中在 ^入及第緣體於該第二圖案化金制的 包括研磨該第二表面及該第二絕緣體。 交旯 ,20.如申請專利難帛14項所述之基板製作方法，更包括 Hi金屬層於該第—圖案化金屬層與該第二圖案化金屬 21.如申請專利範圍第14項所述之基板製作方法，更包括 21 1260065 13896twf.doc/m 形成-贿化銲罩層於該第__随化屬層與該第二圖案化 金屬層表面，並暴露出部分該第一圖案化屬層與該第二圖案 化金屬層表面。 一 22·如申請專利範圍第]4項所述之基板製作方法，其中該 第-圖案化金屬層及該第二圖案化金屬層係由多數個基板 線路單元組成，職㈣造紐更包括—鱗製程，將該些 基板線路單元彼此分離。
23·—種基板製作方法，包括·· 提供一金屬基板； 形成至少一貫 金屬部分之間； 孔，貫穿該金屬基板，且該貫孔係位於該些 填入一絕緣體於該貫孔中；以及 去除邊金屬基板之部分區域，使得該些金屬部分相互分
24，申請專利範圍第抑所述之基板製作方法 利用機械衝孔的方式形成該貫孔貫穿該金屬基板。 金Γ其如專利範圍第23項所述之基板製作方法，其中該 還研屬美在填入該絕緣體於該貫孔中之後， 屬基板之該上表面及該絕緣體。 金第25項所述之基板製作方法，其中該 俨於；：、了义面’係相對於該上表面’在填入該絕緣 =於“孔巾之後，還研輯金屬基板找下絲及該絕緣 27·如申請專利範圍第23 項所述之基板製作方法，其中該 22 1260065 13896twf.doc/m 金屬基板具有一上表面，在填入該絕緣體於該貫孔中之後， 還形成一圖案化金屬層於該金屬基板之該上表面上。 28.如申請專利範圍第23項所述之基板製作方法，其中在 形成該貫孔貫穿該金屬基板之前，還形成一凹孔於該金屬基 板中，該凹孔適於容納一發光二極體晶片。
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