TWI898839B

TWI898839B - 晶片型導熱貼片及其製造方法

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Publication number: TWI898839B
Application number: TW113135514A
Authority: TW
Inventors: 蕭名宏; 徐瑞岡; 楊竣凱
Original assignee: 國巨股份有限公司
Priority date: 2024-09-19
Filing date: 2024-09-19
Publication date: 2025-09-21

Abstract

一種晶片型導熱貼片，包含第一與第二銅片、導熱絕緣雙面貼合膜、絕緣防焊保護層、及第一與第二端電極。第一銅片具有第一溝槽，將第一銅片分成彼此分隔之第一與第二部分。第二銅片具有第二溝槽，將第二銅片分成彼此相隔之第三與第四部分。導熱絕緣雙面貼合膜夾設在第一與第二銅片之間，而形成堆疊結構。堆疊結構具有中心軸，第一與第二溝槽分別位於中心軸之相對二側。堆疊結構包含中間部、及位於中間部之相對二側之第一與第二端部。絕緣防焊保護層包覆中間部且填入第一與第二溝槽。第一端電極包覆第一端部。第二端電極包覆第二端部。

Description

晶片型導熱貼片及其製造方法

本揭露是有關於一種導熱元件，且特別是有關於一種晶片型導熱貼片及其製造方法。

隨著電路的應用設計越來越複雜化，因此電路板的發熱源也越來越多與複雜化。為了讓熱有效的傳導或分散，必須使用絕緣的導熱貼片或絕緣的陶瓷材料來增加導熱或熱流。

晶片型導熱貼片主要可包含絕緣散熱承載體與一對可焊接之端電極。目前市售之晶片型導熱貼片皆是以高導熱之陶瓷基板作為絕緣散熱承載體。晶片型導熱貼片之導熱主要是以基板當作傳遞介質，因此基板之材料的導熱係數便決定了其熱傳導的能力。

高導熱之陶瓷基板的材料主要為氮化鋁(AlN)與碳化矽(SiC)。氮化鋁之導熱係數最高為230W/mK，而碳化矽之導熱係數最高為350W/mK。氮化鋁與碳化矽的成本高，且氮化鋁與碳化矽之表面與金屬之間的結合力不如傳統氧化鋁(Al₂O₃)基板。因此，若要於氮化鋁與碳化矽等高導熱基板上形成優良結合力的電極，需先對基板之表面進行改質處理，例如粗化處理或氧化處理。但這樣的改質處理又會增加導熱貼片的生產成本。

本揭露之一目的就是在提供一種晶片型導熱貼片及其製造方法，其以導熱絕緣雙面貼合膜貼合二銅片所形成之堆疊結構取代傳統之陶瓷基板。由於銅之導熱係數遠大於陶瓷基板之導熱係數，因此本晶片型導熱貼片具有優異的導熱性能，可有效傳導熱。

本揭露之另一目的是在提供一種晶片型導熱貼片，其可利用表面黏著技術(SMT)直接焊接在電路板上，來同時提供散熱與電路隔離，因此應用性極佳。

根據本揭露之上述目的，提出一種晶片型導熱貼片，包含第一銅片、第二銅片、導熱絕緣雙面貼合膜、絕緣防焊保護層、第一端電極、以及第二端電極。第一銅片具有第一溝槽。第一溝槽將第一銅片分成彼此分隔之第一部分與第二部分。第二銅片具有第二溝槽。第二溝槽將第二銅片分成彼此相隔之第三部分與第四部分。導熱絕緣雙面貼合膜夾設在第一銅片與第二銅片之間，以將第二銅片接合在第一銅片之上，而形成堆疊結構。此堆疊結構具有中心軸，第一溝槽與第二溝槽分別位於中心軸之二側。此堆疊結構包含中間部、以及分別位於中間部之相對二側之第一端部、與第二端部。絕緣防焊保護層包覆中間部，而使第一端部與第二端部暴露出。絕緣防焊保護層填入第一溝槽與第二溝槽。第一端電極包覆第一端部及部分絕緣防焊保護層包覆之中間部。第二端電極包覆第二端部及部分絕緣防焊保護層包覆之中間部。

依據本揭露之一實施例，上述之第一溝槽與第二溝槽相對於中心軸對稱。

依據本揭露之一實施例，上述之堆疊結構具有彼此相對之第一短邊與第二短邊，第一溝槽與第二溝槽分別鄰近第一短邊與第二短邊。第一溝槽與第一短邊之第一距離、以及第二溝槽與第二短邊之第二距離均為堆疊結構之長度的1/4至1/3。

依據本揭露之一實施例，上述之第一溝槽與第二溝槽之寬度均為50μm至300μm。

依據本揭露之一實施例，上述之導熱絕緣雙面貼合膜之厚度為15μm至30μm。

依據本揭露之一實施例，上述之導熱絕緣雙面貼合膜之熱導係數大於3W/mK。

依據本揭露之一實施例，上述之導熱絕緣雙面貼合膜之材料內含石墨片及/或石墨烯，且導熱絕緣雙面貼合膜之含碳量大於90%。

依據本揭露之一實施例，上述之絕緣防焊保護層之材料包含環氧樹脂(epoxy)、樹脂(resin)、或聚醯亞胺(PI)。

根據本揭露之上述目的，另提出一種晶片型導熱貼片之製造方法。在此方法中，將第一銅片與第二銅片分別貼合在導熱絕緣雙面貼合膜之下表面與上表面上，而形成堆疊結構。此堆疊結構具有中心軸。此堆疊結構包含中間部、以及分別位於中間部之相對二側之第一端部與第二端部。形成第一溝槽於第一銅片中，以將第一銅片分成彼此分隔之第一部分與第二部分。形成第二溝槽於第二銅片中，以將第二銅片分成彼此分隔之第三部分與第四部分。第一溝槽與第二溝槽分別位於中心軸之二側。形成絕緣防焊保護層包覆中間部並填入第一溝槽與第二溝槽。形成第一端電極包覆第一端部及部分絕緣防焊保護層包覆之中間部。形成第二端電極包覆第二端部及部分絕緣防焊保護層包覆之中間部。

依據本揭露之一實施例，上述形成第一溝槽與形成第二溝槽均包含利用微影製程與蝕刻製程。

依據本揭露之一實施例，上述之堆疊結構具有彼此相對之第一短邊與第二短邊。形成第一溝槽包含使第一溝槽鄰近第一短邊且與第一短邊相隔第一距離。形成第二溝槽包含使第二溝槽鄰近第二短邊且與第二短邊相隔第二距離。第一距離與第二距離均為堆疊結構之長度的1/4至1/3。

依據本揭露之一實施例，上述之導熱絕緣雙面貼合膜之熱導係數大於3W/mK。此導熱絕緣雙面貼合膜之材料內含石墨片及/或石墨烯，導熱絕緣雙面貼合膜之含碳量大於90%。

依據本揭露之一實施例，上述形成第一端電極與形成第二端電極均包含形成銅層、形成鎳層覆蓋銅層、以及形成錫層覆蓋鎳層。銅層之上表面與絕緣防焊保護層之上表面之間之距離等於或大於5μm。

100:晶片型導熱貼片

110:第一銅片

112:第一溝槽

114:第一部分

116:第二部分

120:第二銅片

122:第二溝槽

124:第三部分

126:第四部分

130:導熱絕緣雙面貼合膜

132:下表面

134:上表面

140:絕緣防焊保護層

142:上表面

144:絕緣防焊保護材料

150:第一端電極

152:銅層

152t:上表面

154:鎳層

156:錫層

160:第二端電極

162:銅層

162t:上表面

164:鎳層

166:錫層

170:堆疊結構

170a:第一短邊

170b:第二短邊

172:中間部

174:第一端部

176:第二端部

180:光阻層

182:光阻層

CA:中心軸

d1:第一距離

d2:第二距離

H:熱

L:長度

t1:厚度

t2:厚度

t3:厚度

W:寬度

w1:寬度

w2:寬度

從以下結合附圖所做的詳細描述，可對本揭露之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或縮減。

〔圖1〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片的立體示意圖。

〔圖2〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片的上視示意圖。

〔圖3〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片的下視示意圖。

〔圖4〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片的剖面示意圖。

〔圖5〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片之堆疊結構的上視示意圖。

〔圖6〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片之熱傳導的示意圖。

〔圖7〕至〔圖9〕與〔圖10A〕係分別繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片在製造時之一些階段的剖面示意圖。

〔圖10B〕係繪示圖10A之結構的上視示意圖。

〔圖11〕與〔圖12A〕係分別繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片在製造時之另一些階段的剖面示意圖。

〔圖12B〕係繪示圖12A之結構的上視示意圖。

〔圖13A〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片在製造時之一階段的剖面示意圖。

〔圖13B〕係繪示圖13A之結構的上視示意圖。

以下仔細討論本揭露的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論與揭示的實施例僅供說明，並非用以限定本揭露之範圍。本揭露的所有實施例揭露多種不同特徵，但這些特徵可依需求而單獨實施或結合實施。

另外，關於本文中所使用之「第一」、「第二」、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

本揭露所敘述之二元件之間的空間關係不僅適用於圖式所繪示之方位，亦適用於圖式所未呈現之方位，例如倒置之方位。此外，本揭露所稱二個部件的「連接」、「電性連接」、或之類用語並非僅限制於此二者為直接的連接或電性連接，亦可視需求而包含間接的連接或電性連接。

請參照圖1至圖4，其係分別繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片100的立體示意圖、上視示意圖、下視示意圖、與剖面示意圖。晶片型導熱貼片100主要可包含第一銅片110、第二銅片120、導熱絕緣雙面貼合膜130、絕緣防焊保護層140、第一端電極150、以及第二端電極160。

如圖3與圖4所示，第一銅片110具有第一溝槽112。第一溝槽112縱向貫穿第一銅片110，而將第一銅片110分成第一部分114與第二部分116。第一溝槽112沿著第一銅片110之厚度t1的方向貫穿第一銅片110，而使第一部分114與第二部分116彼此分隔。第一銅片110之厚度t1可例如為100μm至300μm。第一銅片110之形狀可根據產品需求設計。在一些實施例中，第一銅片110之形狀為矩形。

第一溝槽112之寬度w1可例如為50μm至300μm。第一溝槽112之寬度w1若小於50μm，有可能因為蝕刻製程的限制，造成第一溝槽112的蝕刻不完全，而導致第一部分114與第二部分116導通。第一溝槽112之寬度w1若大於300μm，會使得第一銅片110的面積縮減過多，導致第一銅片110與第二銅片120之間的交疊面積變小，造成第一銅片110與第二銅片120之熱的垂直傳導性不佳。

第二銅片120之尺寸及形狀與第一銅片110之尺寸及形狀相同。在一些實施例中，如圖2與圖4所示，第二銅片120之形狀為矩形。第二銅片120具有第二溝槽122。第二溝槽122縱向貫穿第二銅片120，而將第二銅片120分成第三部分124與第四部分126。第二溝槽122沿著第二銅片120之厚度t2的方向貫穿第二銅片120，而使第三部分124與第四部分126彼此分隔。第二銅片120之厚度t2可例如為100μm至300μm。第二溝槽122之寬度w2可例如為50μm至300μm。第二溝槽122之寬度w2太小可能導致第三部分124與第四部分126未完全分隔，寬度w2太大則可能造成第一銅片110與第二銅片120之熱的垂直傳導性不佳。

導熱絕緣雙面貼合膜130具有下表面132與上表面134，其中下表面132與上表面134均具有黏性。第一銅片110貼設在導熱絕緣雙面貼合膜130之下表面132，第二銅片120貼設在上表面134，使得導熱絕緣雙面貼合膜130夾設在第一銅片110與第二銅片120之間。第一溝槽112暴露出導熱絕緣雙面貼合膜130之下表面132的一部分，第二溝槽122則暴露出上表面134的一部分。透過導熱絕緣雙面貼合膜130，可將第二銅片120接合在第一銅片110之上，而形成由第一銅片110、導熱絕緣雙面貼合膜130、與第二銅片120所構成之堆疊結構170。

堆疊結構170具有中心軸CA。第一溝槽112與第二溝槽122分別位於中心軸CA之二側，即中心軸CA的左側與右側。在一些實施例中，第一溝槽112與第二溝槽122相對於中心軸CA對稱，即第一溝槽112與第二溝槽122彼此旋轉180度對稱。請一併參照圖5，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片100之堆疊結構170的上視示意圖。在一些實施例中，堆疊結構170為長方體結構，且具有長度L與寬度W。堆疊結構170具有彼此相對之第一短邊170a與第二短邊170b。第一溝槽112鄰近第一短邊170a，第二溝槽122鄰近第二短邊170b。

如圖4所示，第一溝槽112與第一短邊170a之間具有第一距離d1，第二溝槽122與第二短邊170b之間具有第二距離d2。第一距離d1與第二距離d2可相同。然，根據產品設計，第一距離d1與第二距離d2可不相同。在一些示範實施例中，第一距離d1與第二距離d2之範圍均為堆疊結構170之長度L的1/4至1/3。如圖4所示，堆疊結構170包含中間部172、第一端部174、與第二端部176，其中第一端部174與第二端部176分別位於中間部172的相對二側。第一溝槽112與第二溝槽122均位於中間部172中。

第一溝槽112及第二溝槽122偏設於堆疊結構170上而分別鄰近第一短邊170a與第二短邊170b的設計，可增加第一銅片110與第二銅片120在中間部172的交疊面積，而可提升第一銅片110與第二銅片120之間的熱傳導效果。第一距離d1與第二距離d2的範圍設計為堆疊結構170之長度L的1/4至1/3，可兼顧端電極的尺寸規格、以及第一銅片110與第二銅片120之間的熱傳導效果。

在一些實施例中，導熱絕緣雙面貼合膜130的熱導係數大於3W/mK。在一些示範實施例中，導熱絕緣雙面貼合膜130之材料內含石墨片及/或石墨烯，且導熱絕緣雙面貼合膜130之含碳量大於90%。此外，導熱絕緣雙面貼合膜130之厚度t3不能太厚，以避免影響第一銅片110與第二銅片120之間的熱傳導。導熱絕緣雙面貼合膜130之厚度t3可例如為15μm至30μm。

如圖2至圖4所示，絕緣防焊保護層140包覆堆疊結構170之中間部172，並使第一端部174與第二端部176暴露出。由於第一溝槽112與第二溝槽122均位於中間部172，因此絕緣防焊保護層140填入第一溝槽112與第二溝槽122。絕緣防焊保護層140具有上表面142。舉例而言，絕緣防焊保護層140之材料可包含環氧樹脂、樹脂、或聚醯亞胺。

如圖4所示，第一端電極150包覆堆疊結構170之第一端部174。第一端電極150可覆蓋絕緣防焊保護層 140之鄰近第二短邊170b的外緣部分。舉例而言，第一端電極150可包含銅層152、鎳層154、與錫層156，以利焊接於例如電路板等外部裝置上。銅層152先包覆住暴露出之第一端部174，鎳層154覆蓋住銅層152，錫層156則覆蓋住鎳層154。銅層152具有上表面152t，其中上表面152t高於絕緣防焊保護層140之上表面142。

如圖4所示，第二端電極160包覆第二端部176。第二端電極160可覆蓋絕緣防焊保護層140之鄰近第一短邊170a的外緣部分。舉例而言，第二端電極160可包含銅層162、鎳層164、與錫層166，以利焊接於例如電路板等外部裝置上。銅層162先包覆住暴露出之第二端部176，鎳層164覆蓋住銅層162，錫層166覆蓋住鎳層164。銅層162具有上表面162t，其中上表面162t高於絕緣防焊保護層140之上表面142。

銅層152之上表面152t與絕緣防焊保護層140之上表面142之間之距離、以及銅層162之上表面162t與絕緣防焊保護層140之上表面142之間之距離均等於或大於5μm，以確保晶片型導熱貼片100與外部裝置的接合可靠度。

請參照圖6，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片100之熱傳導的示意圖。當晶片型導熱貼片100設置在電路板等外部裝置上時，從外部裝置傳導至晶片型導熱貼片100的熱H可例如從第一銅片110之第一部分114，經由夾設在位於堆疊結構170之中間部 172中之第一銅片110與第二銅片120之間的導熱絕緣雙面貼合膜130，而傳導至第二銅片120之第四部分126，再散逸到外部。藉此，熱H可從晶片型導熱貼片100之一側傳導至另一側。

此外，透過第一溝槽112與第二溝槽122分別電性隔離第一銅片110之第一部分114與第二部分116、以及第二銅片120之第三部分124與第四部分126，並利用導熱絕緣雙面貼合膜130電性隔離第一銅片110與第二銅片120，可使晶片型導熱貼片100兼具散熱與電路隔離的功能。

請參照圖7至圖9、圖10A、圖11、圖12A、與圖13A，其係分別繪示依照本揭露之一實施方式的一種晶片型導熱貼片100在製造時之各階段的剖面示意圖。在一些實施例中，製作如圖1至圖4所示之晶片型導熱貼片100時，可先提供如上所述之第一銅片110、第二銅片120、與導熱絕緣雙面貼合膜130，如圖7所示。再將第一銅片110貼合在導熱絕緣雙面貼合膜130之下表面132，以及將第二銅片120貼合在導熱絕緣雙面貼合膜130之上表面134。藉此，第二銅片120可接合在第一銅片110之上，並與導熱絕緣雙面貼合膜130及第一銅片110構成堆疊結構170。堆疊結構170具有中心軸CA。此外，堆疊結構170可分成中間部172，以及分別位於中間部172之相對二側的第一端部174與第二端部176。第一端部174與第二端部176可供後續之端電極設置。

堆疊結構170形成後，可於第一銅片110中形成第一溝槽112，以及於第二銅片120中形成第二溝槽122，如圖11所示。在一些實施例中，利用微影技術與蝕刻技術形成第一溝槽112與第二溝槽122。具體而言，如圖9所示，可利用例如印刷或膜壓貼合方式，形成二光阻層180與182分別覆蓋在第一銅片110與第二銅片120上。光阻層180與182分別位於堆疊結構170之相對二側。

請同時參照圖10A與圖10B，其中圖10B係繪示圖10A之結構的上視示意圖。接下來，對光阻層180與182進行包含曝光與顯影的微影製程，以移除部分之光阻層180與部分之光阻層182，而暴露出部分之第一銅片110與部分之第二銅片120，藉以定義出第一銅片110與第二銅片120之待蝕刻之區域。

接著，如圖11所示，可利用剩餘之光阻層180與182作為蝕刻遮罩，對第一銅片110的暴露部分、以及第二銅片120的暴露部分進行蝕刻製程，例如濕式蝕刻製程。蝕刻製程移除第一銅片110的暴露部分與第二銅片120的暴露部分，而在第一銅片110中形成第一溝槽112、以及在第二銅片120中形成第二溝槽122。第一溝槽112暴露出導熱絕緣雙面貼合膜130之下表面132的一部分，而將第一銅片110分成彼此相隔之第一部分114與第二部分116。第二溝槽122暴露出導熱絕緣雙面貼合膜130之上表面134的一部分，而將第二銅片120分成彼此相隔之第三部分124與第四部分126。

第一溝槽112與第二溝槽122之間的相對位置關係，在堆疊結構170中的配置，以及尺寸如上所述，於此不再贅述。

第一溝槽112與第二溝槽122形成後，可先移除光阻層180與182。請同時參照圖12A、圖12B、圖13A、與圖13B，其中圖12B與圖13B係分別繪示圖12A與圖13A之結構的上視示意圖。接著，如圖13A與圖13B所示，可利用例如印刷、壓膜、或黃光微影方式，形成絕緣防焊保護層140包覆堆疊結構170之中間部172，其中絕緣防焊保護層140填入第一溝槽112與第二溝槽122。形成絕緣防焊保護層140時，可先形成一層絕緣防焊保護材料144覆蓋堆疊結構170之中間部172、第一端部174、與第二端部176，如圖12A與圖12B所示。再去除覆蓋在第一端部174與第二端部176上的絕緣防焊保護材料144，而形成絕緣防焊保護層140。

隨後，如圖1至圖4所示，形成第一端電極150包覆堆疊結構170之第一端部174，以及形成第二端電極160包覆第二端部176，而大致完成晶片型導熱貼片100的製作。在一些實施例中，形成第一端電極150時包含形成銅層152包覆第一端部174，形成鎳層154覆蓋銅層152，以及形成錫層156覆蓋鎳層154。形成第二端電極160時包含形成銅層162包覆第二端部176，形成鎳層164覆蓋銅層162，以及形成錫層166覆蓋鎳層164。銅層152及162與絕緣防焊保護層140之間的相對高度如上所述，於此不再贅述。

由上述之實施方式可知，本揭露以導熱絕緣雙面貼合膜貼合二銅片所形成之堆疊結構取代傳統之陶瓷基板。由於銅之導熱係數遠大於陶瓷基板之導熱係數，因此本揭露之晶片型導熱貼片具有優異的導熱性能，可有效傳導熱。

本揭露之晶片型導熱貼片可利用表面黏著技術直接焊接在電路板上，來同時提供散熱與電路隔離，因此應用性極佳。

雖然本揭露已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。