共燒陶瓷模塊的製作方法
2023-04-23 01:28:06 1
專利名稱：共燒陶瓷模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷模塊，特別涉及一種共燒陶瓷模塊。
背景技術：
近年來隨著可攜式信息電子產品與移動通訊產品朝著輕薄短小、多功 能、高可靠度與低價化的發展，高元件密度成為電子產品的發展趨勢。因此， 電路中所使用的有源元件及無源元件也多朝向集成化、晶片化及模塊化的方 向發展，以達到有效縮小電路體積，進而降低成本並提高產品的竟爭力。
然而，縮小體積所帶來的則是散熱問題，由於已知使用樹脂所製作的電 路板屬於熱的不良導體，故需要在電路板的結構上作一些改變以提升散熱效
能。例如在電路板開設多個導熱孔(thermal via),使設置於電路板上的電子 元件的熱量通過導熱孔逸出。然而，這些方式皆需要在電路板上加工，並破 壞原本的結構。如此一來，不僅增加生產工時，亦會降低電路板原本的結構 強度，進而降低電子元件的可靠度。
基於上述的問題，近來有業者積極研究低溫共燒陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramics, LTCC )的技術，利用其導熱效率4交傳統電^各板為佳的特 性，使電子產品的體積利用率提高得以實現。
因此，如何提供一種共燒陶瓷模塊，能夠在不需要額外加工的情況下， 提供高導熱效能，進而節省生產時程、避免破壞結構強度，並提高可靠度， 已成為當前所需解決的課題之一。
發明內容
有鑑於上述課題，本發明的目的為提供一種能夠在不需要額外加工的情 況下，提供高導熱效能的共燒陶瓷模塊。
因此，為達上述目的，依據本發明的一種共燒陶瓷模塊包括一陶瓷基板 以及至少一發熱元件。陶瓷基板具有至少一高導熱材料。發熱元件設置於陶
瓷基板。承上所述，本發明的 一種共燒陶瓷模塊加入高導熱材料共燒而形成陶瓷 基板，故可對發熱元件提供高導熱效能。與現有技術相較，本發明不需對已 燒結成型的陶瓷基板的結構作任何加工修改即可具有高導熱效能，進而節省 生產時程、避免破壞原本結構強度並提高可靠度。
圖1為本發明第一實施例的共燒陶瓷模塊的示意圖；圖2為本發明第二實施例的共燒陶瓷模塊的示意圖；圖3為本發明第三實施例的共燒陶瓷模塊的示意圖；圖4為本發明第四實施例的共燒陶瓷模塊的示意圖；圖5為本發明第五實施例的共燒陶瓷模塊具有一凹槽的示意圖；圖6A至圖6C為本發明的凹槽內緣具有不同形狀的示意圖；圖7為本發明第五實施例的共燒陶瓷模塊具有多個凹槽的示意圖；圖8為本發明第六實施例的共燒陶瓷模塊的示意圖；以及圖9為本發明第七實施例的共燒陶瓷模塊的示意圖。附圖標記說明1~7:共燒陶瓷模塊11、 21、 31、 41、 51、 61、 71:陶資基板 111、 211:連接墊112:圖樣化線路 113、 713:導電孔12、 22、 32、 42、 52、 62、 72:發熱元件314、 714:金屬層315、 715:導熱孔 516:凹槽63:框架 71a~71f:導熱層 71g~71m:導電層 B:電路板
具體實施例方式
以下將參照相關圖示，說明依據本發明優選實施例的一種共燒陶瓷模塊。
第一實施例
請參照圖1所示，本發明第一實施例的共燒陶瓷模塊1包括陶瓷基板11
及至少一發熱元件12。陶瓷基板11具有至少一高導熱材料。高導熱材料為 具有高導熱係數的材料，例如但不限於氮化鋁、碳化矽、藍寶石(sapphire) 或氧化鈹(BeO)。發熱元件12設置於陶瓷基板11,在此，發熱元件12設 置於陶瓷基板11的表面上。
陶瓷基板11為j氐溫共燒陶瓷基板(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC),且可為多層板或單層板。以下以單層板為例，舉例說明陶瓷基板ll 的製備過程。首先，將陶瓷材料、無機粘結劑、高導熱材料及其他所需材料 混合配製為漿料；再利用一刮刀成型為生胚片；最後在低於IOO(TC的溫度下 進行燒結即可得到陶瓷基板11。
本發明並不限制陶瓷基板11的種類，例如可為載板或電路板。本發明 亦不限制發熱元件12的種類，發熱元件12可為任何在工作中會自身產生並 逸出熱量的電子元件，例如無源元件或有源元件。其中，無源元件就如電阻 器、電容器及電感器；有源元件例如晶片或封裝體等，而晶片或封裝體例如 可為發光二極體(Light-Emitting Diode, LED )或太陽能電池(solar cell )。
在本實施例中，發熱元件12以發光二極體晶片為例，陶瓷基板11以載 板為例。陶瓷基板11具有多個連接墊111及圖樣化線路112。發熱元件12 以？ 1線鍵合(wire bonding)方式與連接墊111連結，而連接墊111與圖樣化 線路112電性連接。當然，隨著發熱元件12的種類或需求不同，其與陶乾 基板11的連結方式亦可不同，例如倒裝片接合(flip-chip bonding);此外， 連結材料亦可不同，例如可為共金、焊錫或銀膠。
另外，陶瓷基板11還具有導電孔(Via) 113,用以傳送電氣信號。導 電孔112的數目及設置位置會隨著需求而改變，例如陶瓷基板11的層數及 線路分布。
在本實施例中，由於陶瓷基板11具有高導熱材料，故其導熱路徑同時 具有水平方向及垂直方向，而陶瓷基板11的導電路徑亦同時具有水平方向 及垂直方向，例如導電孔113的導電路徑沿垂直方向，而圖樣化線路112的導電路徑沿水平方向。承上所述，陶資基板11的導電路徑及導熱路徑可相 互平行或垂直，亦即，導電^4聖及導熱5^徑為同方向或不同方向。 第二實施例請參照圖2所示，本發明第二實施例的共燒陶瓷模塊2包括陶瓷基板21 及至少一發熱元件22,其與上述實施例主要的不同在於陶瓷基板21以電 路板為例，發熱元件22以封裝體為例。在此，發熱元件22以球4冊陣列封裝 (BallGridArray,BGA)方式直接設置於陶瓷基板21的連接墊211上。另外， 發熱元件22亦可以其他方式設置於陶瓷基板21,例如四方扁平封裝體(Quad Flat Package, QFP )、表面安裝技術(Surface Mount Technology, SMT)或針 柵陣列(Pin Grid Array )等方式。第三實施例請參照圖3所示，本發明第三實施例的共燒陶瓷模塊3包括陶瓷基板31 及至少一發熱元件32。陶瓷基板31具有金屬層314及導熱孔(thermal via) 315。金屬層314及導熱孔315可讓陶瓷基板31的導熱效能更佳。第四實施例請參照圖4所示，本發明第四實施例的共燒陶瓷模塊4包括陶瓷基板41 及至少一發熱元件42。其中該發熱元件42引線鍵合於電路板B。在本實施 例中，陶瓷基板41主要提供導熱，而電路板B用以傳送電氣信號。第五實施例請參照圖5所示，本發明第五實施例的共燒陶瓷模塊5包括陶瓷基板51 及至少一發熱元件52。陶瓷基板51具有至少一凹槽(Cavity) 516，發熱元 件52設置於凹槽516內。其中該凹槽516內緣的形狀可具有多種態樣，例 如為曲面(圖5)、斜面(圖6A)、直立面(圖6B)、或呈階梯狀(圖6C) 等。凹槽516內緣的形狀並無特定限制，可視需要而改變。凹槽516的製備可有多種方式，例如先在生胚片上打孔，再進行燒結； 或是先以刨、刮、研磨、壓印等方式將凹槽516成型，再進行燒結，燒結後 再進行細部研磨；或是先燒結生胚片，再以刨、刮、研磨等方式將凹槽516 成型；或是先在生胚片上打孔，構成凹槽516的雛形，再以刨、刮、研磨、 壓印等方式將凹槽516成型，再進行燒結，燒結後再進行細部研磨；或是先 在生胚片上打孔，構成凹槽516的雛形，進行燒結，再以刨、刮、研磨等方 式將凹槽516成型。凹槽516內緣可具有一反射面。如此，當發熱元件52可發光時，反射 面可反射光線進而提升發光效能。反射面可通過電鍍、化學鍍、塗布或轉印 而成型於凹槽25內緣。此外，如圖7所示，當陶瓷基板51具有多個凹槽516時，凹槽516可呈陣列設置。 第六實施例請參照圖8所示，本發明第六實施例的共燒陶瓷模塊6包括陶瓷基板61 、 至少一發熱元件62及具有至少一凹槽的框架63,其設置於陶瓷基板61上， 發熱元件62設置於該凹槽內。框架63的材料可選自陶瓷、金屬及高分子材 料所構成的組。凹槽的內緣形狀可具有多種態樣，例如為曲面、斜面、直立 面或呈階梯狀(類似於圖5, 6A 6C所示)。另外，凹槽的內緣可具有反射面 以反射光線。反射面可由電鍍、化學鍍、塗布或轉印而成型於凹槽內緣。此 外，當凹槽為多個時，可呈陣列設置。第七實施例本發明的共燒陶瓷模塊除了包括高導熱材料之外，還可包括高導電材 料，高導電材料為具有高導電係數的材料，例如但不限於銀或銀-釔(Ag-Pd)。 請參照圖9所示，本發明第七實施例的共燒陶瓷模塊7包括陶瓷基板71及 至少一發熱元件72。陶瓷基板71包括多層導熱層71a 71f及多層導電層71g 71m。導熱 層71a 71f分別具有高導熱材料，導電層71g 71m分別具有高導電材料， 且與導熱層71a 71f交互設置。發熱元件72設置於其中的一層導熱層，在 此，發熱元件72設置於導熱層71a。發熱元件72與至少其中的一層導電層 電性連接，在此，發熱元件72與導電層71g電性連接。另外，陶瓷基板71 還具有金屬層714、至少一導熱孔715及至少一導電孔713。其中金屬層714 及導熱孔715用以導熱，導電孔713用以傳送電氣信號。以下舉例說明陶瓷基板71的製備過程首先，分別將陶瓷材料、無機 粘結劑、高導熱材料及其他所需材料混合配製為漿料；再利用刮刀成型為多 個生胚片；在個別生胚片上利用網印技術形成電路圖案，電路圖案的材料具 有高導電材料；然後，疊壓這些生胚片，並在低於100(TC的溫度燒結即可得 到陶瓷基板71。其中，生胚片形成導熱層71a-71f,而電路圖案形成導電層 71g ~ 71m。綜上所述，本發明的 一種共燒陶瓷it塊加入高導熱材料共燒而形成陶瓷 基板，故可對發熱元件提供高導熱效能。與現有技術相較，本發明不需對已 燒結成型的陶瓷基板的結構作任何加工修改即可具有高導熱效能，進而節省 生產時程、避免破壞原本結構強度並提高可靠度。以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明的精神與範 疇，而對其進行的等同修改或變更，均應包含於所附的權利要求中。
權利要求
1、一種共燒陶瓷模塊，包括陶瓷基板，具有至少一高導熱材料；以及至少一發熱元件，設置於該陶瓷基板。
2、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板為低溫共燒陶 瓷基板、載板或電路板。
3、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板通過陶瓷材料、 無機粘結劑、該高導熱材料及其他所需材料混合配製為漿料，再利用一刮刀 成型為生胚片，且在低於100(TC的溫度下進行燒結而成。
4、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該高導熱材料具有氮化鋁、 碳化矽、藍寶石或氧化鈹。
5、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該發熱元件為發光二極體、 太陽能電池、晶片、封裝體、無源元件或有源元件。
6、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該發熱元件以共金、焊錫 或銀膠而設置於該陶瓷基板。
7、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該發熱元件與陶瓷基板通 過倒裝片接合、四方扁平封裝體、表面安裝技術或針柵陣列方式連結。
8、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板具有多個連接 墊，該發熱元件與這些連接墊直接連結或以引線鍵合或球柵陣列封裝方式與 這些連4妻墊連結。
9、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該發熱元件引線鍵合於電路板。
10、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板的導電路徑及 導熱路徑為相同或不同方向。
11、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板具有至少一凹 槽，該發熱元件設置於該凹槽內。
12、 如權利要求11所述的共燒陶瓷模塊，其中該凹槽經由在一生胚片 上打孔，再進行燒結而成。
13、 如權利要求11所述的共燒陶瓷模塊，其中該凹槽經由刨、刮、研 磨或壓印方式成型，再進行燒結，燒結後再進行細部研磨而成。
14、 如權利要求11所述的共燒陶資模塊，其中該凹槽經由先燒結一生 胚片，再以刨、刮或研磨方式成型。
15、 如權利要求11所述的共燒陶乾模塊，其中該凹槽經由在一生胚片 上打孔，再以刨、刮、研磨或壓印方式成型，再進行燒結，燒結後再進行細 部研磨而成。
16、 如權利要求11所述的共燒陶覺模塊，其中該凹槽經由在一生胚片 上打孔，進行燒結，再以刨、刮或研磨方式成型。
17、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其還包含框架，設置於該陶瓷 基板，且具有至少一凹槽，該發熱元件設置於該凹槽內。
18、 如權利要求17所述的共燒陶瓷模塊，其中該框架的材料選自陶瓷、 金屬及高分子材料所構成的組。
19、 如權利要求ll或17所述的共燒陶瓷模塊，其中該凹槽的內緣具有 ^h面、曲面、直立面或呈階梯狀。
20、 如權利要求11或17所述的共燒陶瓷模塊，其中該凹槽的內緣具有 反射面。
21、 如權利要求20所述的共燒陶瓷模塊，其中該反射面由電鍍、化學 鍍、塗布或轉印而成型於該凹槽的內緣。
22、 如權利要求11或17所述的共燒陶乾模塊，其中這些凹槽呈陣列設置。
23、 如權利要求1所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板還具有至少一 高導電材料。
24、 如權利要求23所述的共燒陶瓷模塊，其中該高導電材料包括銀或銀-把。
25、 如權利要求23所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板包括 多層導熱層，分別具有該高導熱材料，該發熱元件設置於其中的一層導熱層；以及多層導電層，分別具有該高導電材料，這些導電層分別與這些導熱層交 互設置，且該發熱元件與至少其中的 一層導電層電性連接。
26、 如權利要求1或25所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板還包括 金屬層、至少一導熱孔或至少一導電孔。
27、 如權利要求25所述的共燒陶瓷模塊，其中該陶瓷基板經由陶瓷材料、無機粘結劑、該高導熱材料及其他所需材料混合配製為漿料；再利用刮 刀成型為多個生胚片；在個別生胚片上利用網印技術形成電路圖案，電路圖 案的材料具有該高導電材料；疊壓這些生胚片，並在低於1000。C的溫度燒結而成。
全文摘要
本發明公開了一種共燒陶瓷模塊，其包括陶瓷基板以及至少一發熱元件。陶瓷基板具有至少一高導熱材料。發熱元件設置於陶瓷基板。本發明的一種共燒陶瓷模塊加入高導熱材料共燒而形成陶瓷基板，故可對發熱元件提供高導熱效能。與現有技術相較，本發明不需對已燒結成型的陶瓷基板的結構作任何加工修改即可具有高導熱效能，進而節省生產時程、避免破壞原本結構強度並提高可靠度。
文檔編號H05K1/03GK101409997SQ20071018115
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月12日 優先權日2007年10月12日
發明者謝俞枰, 魏志宏 申請人:臺達電子工業股份有限公司