TWI232565B - Semiconductor chip-carrying substrate and its manufacturing method - Google Patents

Description

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【發明所屬之技術領域】 插且ίίΓ係有關一種半導體晶粒之基板，特別是關於一 、间政熱性且可雙面連接之金屬基板結構及 方 【先前技術】 隨著積體電路之電路接點的高度集積化及半導體晶粒 的廣泛應用，半導體元件之散熱結構更顯得重要。以發光 二，體（light-emitting diode，LED)為例，由於其具備 多彩、省電、壽命長且安全性高等優點，目前已被廣泛使 用在照明方面；然而LED元件卻普遍具有散熱不佳之問 題。 習知具散熱結構之發光二極體裝置如第一圖所示，係 將一封裝完成之發光二極體元件1〇利用表面黏著技術 (surface mount technology，SMT)黏著在銘板12 上，以 藉由鋁板12作為加強散熱之用；然而，此種方式必須先將 LED 晶粒 14與印刷電路板（printed circuit board PCB)16 打線連接而製作成一完整之發光二極體元件IQ之後，再將 發光二極體元件10以錫膏18黏著於鋁板12的單面線路20 上。此方式不僅增加製作成本及材料成本，同時LED晶粒 1 4之散熱路徑必須透過塑膠或陶瓷材質之印刷電路板丨6後 才能經由鋁板12散熱，而仍具有散熱效果不佳之缺失；再 者，由於LED晶粒14自身散熱不良，因此其發光強度及使 用壽命便會受到影響。又，此鋁板12僅適用於單面連接， 亦即鋁板12僅能做為發光二極體元件10的散熱板，而無法

五 發明說明 ⑵ 直接做為SMD型LED的基板。 之問題，提出 一種半導體晶 因此，本發明即針對上述 粒之承載基板及其製造方法。 【發明内容】 本發明 基板，利用 孔材料及鑽 型金屬基板 僅能提供單 本發明 體晶粒直接 直接散熱， 外部之金屬 力0 之主要目的，係在提供 在金屬基板上二次鑽孔 孔製程之控制，以製作 ’進而克服習知於塞孔 面連接型金屬基板之缺 之另一目的，係在提供 植入在此金屬材質之承 而毋需如習知般必須經 板散熱，進而有效提昇 一種半導 之做法， 出具導通 油墨上鑽 失。 一種金屬 載基板上 由印刷電 散熱半導 體晶粒之承載 配合適當之塞 孔之雙面連接 孔的困難點及 基板，使半導 ’俾使晶粒可 路板才能透過 體晶粒之能 本發明之再一目，係在提供一雙面連接型之金屬基 板，俾達成延長LED壽命及增加亮度之功效。 為達到上述之目的’本發明係先提供一金屬基板，該 金屬基板之^一相對表面各設有一上、下導電層，接著於該 金屬基板上形成複數導通孔，其中每一導通孔貫穿金屬基 板，且每一導通孔之孔壁上係先覆設有一保護層，再形成 一通孔導電層於保護層上。 底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更 容易瞭解本發明之目的、技術内容、特點及其所達成之功 效0 1232565 五、發明說明（3) 【實施方式】 使用金屬基板的目的在於增強散熱性，金屬的導熱性 較陶瓷及塑膠為佳，當使用金屬基板做為半導體晶片如 LED晶片的載板時’可順利地將LED發光時所產生的熱能散 逸到空氣中。第二圖至第九圖為本發明於製作半導體晶粒 承載基板的各步驟構造剖視圖，請先參閱第七圖所示，為 本發明之結構示意圖，一半導體晶粒之承載基板3〇包括一 金屬基板32，常用者為紹板，在其二相對表面上各設有一 上、下結合穋層34、34’ ，以透過二結合膠層34、34，將二 上、下導電層36、36’分別結合於金屬基板32之二表面 上’該一導電層36、36通常係為銅層；另，金屬基板32 設有複數貫穿之導通孔38，在每一導通孔38之孔壁上依序 覆設有一保護層40及一通孔導電層42，保護層40係由環氧 樹脂系之樹脂所組成，而通孔導電層42通常為鍵銅層，且 其上、下部係分別與上、下導電層36、36,相接觸。 此半導體晶粒承載基板30在製作上必須克服導通孔38 於塞孔後，再於塞孔油墨上鑽孔且保持塞孔油墨不產生裂 隙（crack)及脫落的困難點，而本發明之製造方法即可克 服此問題。 在了解本發明之整體結構後，接續將詳細說明本發明 之各層結構及其製作方法，請參閱第二圖至第九圖所示。 首先，如第二圖所示，提供一金屬基板32，常用者為鋁 板’此金屬基板32之二相對表面上已透過二結合膠層34、 34’覆設有二上、下導電層36、36，，其通常為銅層；接著 tail 第7頁 1232565

如第三圓所示進行第一次鑽孔作業，此步驟係對金屬基板 32鑽孔以形成複數個第一通孔38及定位孔39 ;接續如第四 圖所不進行塞孔作業，此步驟係以油墨將該等第一通孔38 填滿’填塞之油墨經烘烤固化及刷磨作業後，即形成複數 塞柱44 ’其中該油墨係為與金屬基板32附著性極佳之環氧 樹脂系材料者；接下來便如第五圖所示進行第二次鑽孔作 業’係對該等塞柱44鑽孔以形成複數第二通孔46，此第二 通孔46之孔徑係較第一通孔38小，藉以在第二次鑽孔後， 使每一第一通孔38之孔壁上各形成有一樹脂材質之保護層 40 〇 ，中’在第二次鑽孔之步驟中，由於上述塞孔油墨在 固化後的硬度高達9H以上，為避免鑽孔時油墨產生裂隙 (crack)，所以鑽孔墊板必須使用硬度較高的材質，不能 使用一般鑽孔用的尿素板4FR4(FR4係指呈C-Stage的含膠 玻，布統稱），此鑽孔墊板通常為酚醛樹脂板；此外，第 一-人鑽孔之進刀速較佳者係控制在丨· 4至丨· 6 m/s，轉速較 佳者係控制在35至45 krpm，退刀速較佳者為24至26 m/S藉由此鑽孔條件配合適當之油墨，使塞孔柱44於鑽 孔時不會產生裂縫或脫落。 在第一通孔38上製作完成保護層40之後，接續如第六 圖所不旋即進行電鍍銅作業，進而在該等第二通孔46之 孔壁即保護層4〇)上形成通孔導電層42，且在上、下導電 36之表面亦一併形成鍍銅層47，使每一通孔導電 層之上、下部分別與該上、下導電層36、36，相接觸。

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由於將鋁質之金屬基板32直接鍍銅會因鋁、銅產生化學交 互反應而使金屬基板32氧化變黑，因此在金屬基板μ之第 一通孔38與通孔導電層42之間必須先設有該保護層4〇，而 後才能於金屬基板3 2上進行電鍍銅之作業。在形成該等銅 質之通孔導電層42之後’即如第七圖所示，進行線路成型 的製作作業，以便在金屬基板32之鍍銅層47上製作出電路 佈局48。至此，已初步完成承載基板3〇之各主要結構製 作0 其中線路成型係使用一般的印刷電路板製作方式，亦 即使用壓膜機將乾膜貼覆在板面上，再利用底片蓋在乾膜 上透過曝光方式使乾膜進行光聚合作用，而順利地將^ 路移轉；之後再利用顯影製程將未聚合的乾膜溶去，以留 下保護所需線路的乾膜層，再透過蝕刻製程去除不需要的 銅面部份，最後再利用去膜製程，去除板面上所有的乾 膜’以留下所需的線路。 在完成線路製作之後，本發明更可如第八圖所示，接 續再進行表面處理之步驟，其利用電鍍鎳金或化鎳浸金之 ^面處理方法形成一表面處理膜50。進行電鍍鎳金或化鎳 汉金之表面處理之目的除了藉由表面處理膜5〇保護銅面不 氧化之外，最主要的功能係提供打線〔wire bonding〕之 第二銲點連接用。 #最後，如第九圖所示進行蓋孔作業，將複數乾膜52分 別蓋住該等第二通孔46，其中乾膜52係為感光性聚合物， 如此即元成一半導體晶片承載基板3〇之製作。在此步驟

1232565 五、發明說明（6) 中’蓋孔之目的在於防止後續LED晶粒封裝時的樹脂透過 第二通孔46流到另一面的銲墊（pad)上而形成絕緣層，以 避免喪失焊接導通的功能。在此，僅需在金屬基板32的單 面蓋孔即可。 上述承載基板3 0取代習知印刷電路板作為半導體晶粒 之基板時，由於金屬的導熱性較陶瓷及塑膠為佳，故可有 效增強半導體晶粒之散熱性。第十圖為本發明之承載基板 使用做為一LED晶粒的載板之結構示意圖，如圖所示，在 該承載基板3 0上依設計需求設有一凹槽6〇，接著將LEI)晶 粒54直接以銀膠5 6植入在金屬材質之承載基板3〇上，而後 銲線且封裝樹脂，完成一LED封裝元件58，即可藉由基板 30自身的鋁金屬進行散熱，進而延長LE])的壽命及增加亮 度。 因此’本發明利用在金屬基板上二次鑽孔之做法，配 合適當之塞孔材料及鑽孔條件之控制，以製作出具導通孔 之雙面連接基板，提供安裝半導體晶粒。故本發明不僅在 製作方法上克服習知於塞孔油墨上鑽孔的困難點及僅能提 供單面連接金屬板之缺失，進而提供一雙面連接型之基 板，同時更可使安裝於其上之半導體晶粒達成有效散熱之 功效。 以上所述係藉由實施例說明本發明之特點，其目的在 ，熟習該技術者能暸解本發明之内容並據以實施，'而非限 疋本發明之專利範圍，故，凡其他未脫離本發明所揭示之 精神所完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申

1232565 五、發明說明（7) 請專利範圍中。 圖號說明： 1 0發光二極體元件 14 LED晶粒 18錫膏 30承載基板 34上結合膠層 36上導電層 38 導通孔/第一通孔 40保護層 44塞柱 47鍍銅層 50 表面處理膜 54 LED晶粒 58 LED封裝元件 12鋁板 1 6 印刷電路板 20 單面線路 32金屬基板 34’下結合膠層 36’ 下導電層 3 9 定位孔 42通孔導電層 46 第二通孔 48 電路佈局 52乾膜 56銀膠 60凹槽

第11頁 1232565 圖式簡單說明 第一圖為習知具散熱結構之發光二極體裝置示意圖。 第二圖至第九圖為本發明於製作半導體晶粒承載基板的各 步驟構造剖視圖。 第十圖為本發明之承載基板使用做為LED晶粒的載板之結 構示意圖。

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Claims (1)

1232565 六、申請專利範圍 1· 一種半導體晶粒承載基板，包括： 一金屬基板’其係句把一令 依序覆設有-上貼人在該金屬板之上表面 —下貼合膠層及-下導電層；以及 該= :該導通孔係貫穿該金屬基板，在每-ϊίί ;= 序覆設有一保護層及-通孔導電層， 觸。 下邰係刀別與該上、下導電層相接 2·如申請專利範圍第i項所述之半 中，該金屬板係為銘板。+導艘日日粒承載基板，其 3中如：：=!第1項所述之半導體晶粒承載基板，其 中該保濩層係由環氧樹脂系之樹脂所組成。 4中如：：專=第1項所述之半導體晶粒承載基板，其 中該上、下導電層係各設有電路佈局。 5.如申請專利範圍第丨項所述之半導體 中，該上、下導電層之材料為銅。 承载基板，其 6中如Πίϊϊ圍第1項所述之半導體晶粒承載基板，其 中’該通孔導電層之材料為銅。 、 7·如申請專利範圍第丨項所述之半導體晶粒之承 其中’該等通孔導電層係以電鍍方式形成。 土 ’ 利範圍第1項所述之半導體晶粒承載基板，其 係作為發先二極體晶粒之承載基板。 丹 9· 一種半導體晶粒承載基板之製造方法，包括 提供-金屬基板，該金屬基板包括一金屬板，在屬

1232565 六、申請專利範圍 板之上表面依序覆設有一上 該金屬板之下表面依序覆，：合膠層及一上導電層，且在 層； 又有一下貼合膠層及一下導電 進行第一次鑽孔作業，#料#入b 數第一通孔； 係對該金屬基板鑽孔，以形成複 將該等第一通孔填滿而形成複數塞柱； 第作業，係對該等塞柱鑽孔，以形成複數 —二ί孔該第—通孔之孔㈣較該第—通孔小，使每 -該第-通孔之孔壁上各形成有—保護層；以及 形成複數通孔導電層於該等第二通孔之孔壁上，以使每 一該通孔導電層之上、下部分別與該上、下 接 觸。 10·如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中 板係為板。 11·如申请專利範圍第9項所述之製造方法，其中 等第一通孔所使用之材料係為環氧樹脂系之油墨 12·如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中 第二次鑽孔之步驟中，係使用高硬度之鑽孔墊板。 13·如申請專利範圍第12項所述之製造方法，其中，該鑽 孔墊板為酚醛樹脂材質者。 14·如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中，在進行 第二次鑽孔之步驟中，進刀速為1·4至1·6 m/s，轉速為35 至45 krpm，退刀速為24至26 m/s。 15·如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中，形成該

^32565 六 申請專利範圍 二m電層之步驟係使用電鍍方'。 其中，該上 .申凊專利範園第9項所述/ 下導電層之材料為納 之製造方法 其中，該通孔 雷如展申請專利範圍第9項所述之製造方法 導電層之材料為鋼。 表&万法 在形成 下導電 在形成 如/請專利範圍第9項所述之製造方法，其中 =通孔導電層之後，更包括一步驟4將= 19 ^由線路成型的作業，以製作出電路佈局。 哕笙、申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中 通孔導電層之後，更包括一表面處理之步驟。 •如申請專利範圍第19項所述之製造方法，其中，該表 =處理之步驟所使用之處理方式係選自電鍍鎳金及化鎳浸 金0