专利名称：散热基底以及制造该散热基底的方法
技术领域：
本发明涉及一种散热基底以及制造该散热基底的方法。
背景技术：
为了解决目前应用在不同领域的电力装置和电源模块的散热问题，针对使用具有高导热率的金属材料制造各种形式的散热基底付出了大量努力。与此同时，不仅是在发光二极管(LED)模块和电源模块中，在其它产品中也需要使用具有多层微型图案的散热基底。但是，相比于硅晶片，传统有机印刷电路板、陶瓷基片、玻璃基片或包括金属中心层的散热基底由于形成微型图案相对困难以及制造成本较高的原因处于不利状态，因此它们的应用受到限制。因此，目前正在进行关于通过阳极氧化来使发热装置散热最大化的散热基底的研究。下面，对传统的制造散热基底的方法进行说明性的描述。首先，对金属层的一个表面进行阳极氧化，从而在其表面上形成绝缘层。然后，将铜箔形成在绝缘层上并形成图案，从而形成电路层。作为选择，可以使用电镀方法形成图案化电路层。然后，散热器连接到金属层的没有形成绝缘层的另一个表面上，并且与电路层电连接的发热装置安装在绝缘层上。因为传统的散热基底对金属具有优良的热传递效果，所以从发热装置产生的热量通过金属层和散热器消散到外部。因此，由于形成在散热基底上的发热装置并不会受到高热量的影响，发热装置性能退化的问题因此能够得到解决。但是，对于传统的散热基底，由于金属层和散热器都由具备导电性的金属制成，所以在金属层和散热器之间会意外地出现电连接。因此，当散热器或散热器和金属层之间的接触面产生静电或脉冲电压(voltage shock)时，该静电或脉冲电压直接传递给金属层，从而影响散热基底的电路层或发热装置，造成不良影响，使其性能退化。
发明内容
因此，有鉴于在相关领域中遇到的问题而提出本发明，本发明旨在提供一种保持散热性能并且防止静电或脉冲电压传递到金属层和装置的散热基底，并且提供一种制造该散热基底的方法。本发明一方面提供了一种散热基底，该散热基底包括基片(basesubstrate)，该基片包括金属层、形成在所述金属层一个表面上的绝缘层以及形成在所述绝缘层上的电路层；散热层，该散热层形成在所述金属层的另一个表面上；连接器，该连接器用于相互连接所述基片和所述散热层；开口，该开口形成在所述基片的厚度方向上，并且所述连接器插入所述开口中；以及阳极氧化层，该阳极氧化层形成在所述金属层的另一个表面和侧表面中的任意一个或两个上。这方面中，所述阳极氧化层还可以形成在所述开口的内表面上。这方面中，所述绝缘层可以通过阳极氧化所述金属层或通过混合环氧树脂和陶瓷填料形成。这方面中，所述金属层可以包含铝，所述绝缘层可以包含通过阳极氧化所述金属层形成的氧化铝。这方面中，所述金属层可以包含铝，所述阳极氧化层可以包含通过阳极氧化所述金属层形成的氧化铝。这方面中，可以进一步包括安装在所述基片上的装置。同样地，所述装置可以是LED封装。本发明另一方面提供一种制造散热基底的方法，该方法包括步骤(A)在金属层的一个表面上形成绝缘层并且在该绝缘层上形成电路层，从而制备基片；步骤(B)在所述基片的厚度方向上形成开口 ；步骤(C)在所述金属层的另一个表面和侧表面中的任意一个或两个上形成阳极氧化层；以及步骤(D)将连接器插入所述开口中，从而使散热层连接到所述金属层的另一个表面上。这方面中，在所述步骤(C)中，所述阳极氧化层还可以形成在所述开口的内表面上。这方面中，在所述步骤(A)中，所述绝缘层可以通过阳极氧化所述金属层或通过混合环氧树脂和陶瓷填料形成。这方面中，所述步骤㈧可以包括步骤(Al)提供包含铝的金属层；步骤(A2) 阳极氧化所述金属层，从而在所述金属层上形成包含氧化铝的绝缘层；以及步骤(Α； )在所述绝缘层上形成电路层，从而制备基片。这方面中，所述金属层可以包含铝，所述阳极氧化层可以包含通过阳极氧化所述金属层形成的氧化铝。这方面中，还可以包括在所述步骤(D)之前或之后在所述基片上安装装置。所述装置可以是LED封装。本发明另一方面提供一种制造散热基底的方法，该方法包括步骤(A)制备基片带，该基片带包括多个基片，该基片包括金属层、形成在所述金属层的一个表面上的绝缘层以及形成在所述绝缘层上的电路层；步骤(B)在每个所述基片的厚度方向上形成开口 ； 步骤(C)除了用来连接所述基片和所述基片带的桥以外，切割所述基片带使得每个所述基片从所述基片带分开(set off)；步骤(D)在所述金属层的另一个表面和侧表面中的任意一个或两个上形成阳极氧化层；步骤(E)去除所述桥，从而单独分离所述基片；以及步骤(F)将连接器插入所述开口中，从而将散热层连接到所述金属层的另一个表面上。这方面中，在所述步骤(D)中，所述阳极氧化层还可以形成在所述开口的内表面上。
这方面中，在所述步骤(A)中，所述绝缘层可以通过阳极氧化所述金属层或通过混合环氧树脂和陶瓷填料形成。这方面中，还可以包括在所述步骤(F)之前或之后在所述基片上安装装置。所述装置可以是LED封装。
通过以下参照附图的详细说明，本发明的特征和优点将会变得显而易见，其中图1是根据本发明的一个实施方式的散热基底的横截面图；图2到图6是根据本发明的第一实施方式的散热基底的制造过程的视图；以及图7A和7B到图IlA和IlB以及图12和13是根据本发明的第二实施方式的散热基底的制造过程的视图。
具体实施例方式下面，将参照附图详细说明本发明的具体实施方式
。在附图中，使用相同的附图标记表示相同或类似的部件。此外，当对公知技术(即使该公知技术与本发明相关)的描述可能会使本发明的特征不清楚并致使说明不清楚时，则对该公知技术的描述被视为是不必要的并且可以省略。此外，在本说明书和权利要求书中所使用的术语和词语不应被解释为局限于其典型含义或词典释义，而应该基于如下规则(即发明人根据该规则能够适当地限定这些术语包含的概念以最准确地描述其所知道的实施本发明的方法)来将这些术语和词语解释为具有与本发明的技术范围相关的含义和概念。散热基底图1是根据本发明的一个实施方式的散热基底100的横截面图，参照该附图对根据本实施方式的散热基底100做如下描述。如图1所示，根据该实施方式的散热基底100包括基片110，该基片110包括金属层111、形成在所述金属层111的一个表面上的绝缘层112以及电路层113 ；形成在所述基片110上的开口 140 ；散热层120 ；连接器130，该连接器130插入所述开口 140中，以使所述基片110和所述散热层120相互连接；以及阳极氧化层150，该阳极氧化层150形成在所述基片110的所述金属层111的另一个表面Illb和侧表面Illc上和/或所述开口 140上。所述金属层111为基片110的基础，具有将装置160产生的热量传递给所述散热层120以使热量分散到空气中的功能。因为所述金属层111由金属制成，可以突显其优良的散热性能。此外，由金属制成的所述金属层111比由典型的树脂制成的中心层更强从而能够很好地抵抗热变形。为了使散热效果最大化，所述金属层111可以包含具有高导热率的金属，例如铝(Al)、镍(Ni)、镁 (Mg)、钛(Ti)、锌(Zn),II (Ta)或它们的合金。所述绝缘层112形成在所述金属层111的一个表面Illa上，用于使所述金属层 111和所述电路层113彼此绝缘，从而所述电路层113不能使所述金属层111短路。所述绝缘层112可以包括通常作为隔层绝缘材料使用的复合聚合树脂，例如预浸料(PPG)、ABF绝缘膜(Ajinomoto Build-Up Film)等。另外，为提高所述绝缘层112的散热效果，所述绝缘层112可以通过混合环氧基树脂(例如，FR-4或双马来酰亚胺三嗪树脂 (BT))和陶瓷填料形成。并且，为了使所述绝缘层112的散热效果最大化，可以通过阳极氧化所述金属层111形成所述绝缘层112。同样，在所述金属层111由包含铝的金属组成时，所述绝缘层112可以包含通过阳极氧化金属层111得到的氧化铝(Al2O3)。在所述绝缘层112 通过阳极氧化形成的情况下，特别地，在所述绝缘层112通过阳极氧化铝形成的情况下，散热效果得到提升，从而无需形成相对厚的金属层111并且因此可以减小散热基底100的厚度。所述电路层113形成在所述绝缘层112上，用来使所述装置160和所述散热基底 100彼此电连接。所述电路层113直接形成在所述绝缘层112上并且因此可以迅速地将热量从所述装置160传递到所述绝缘层112和所述金属层111。并且，为了使散热效果最大化，所述电路层113可以宽阔地形成为垫状而不是线状。用来电连接散热基底100和所述装置160的所述电路层113可以使用例如金、银、铜、镍或类似金属的导电金属形成图案。另一方面，所述电路层113还可以进一步包括晶种层(seed layer)(未示出)。所述散热层120形成在所述基片110的另一个表面Illb上，从所述金属层111吸收所述装置160产生的热量然后将热量分散到外部。由于所述散热层120从所述金属层111吸收热量然后将热量分散到外部，所以它可以由具有高导热率的金属制成，例如，铜(Cu)、铝或类似金属。另外，为了使散热更有效果，在所述散热层120的与所述金属层111所接触的表面相反的的表面上可以形成有多个突出部分。在所述散热层120以上述形状形成的情况下，所述散热层120的表面面积得到增大从而扩大了与空气的接触面积，因此在同一时间段内增加了分散到外部的热量。用于彼此连接所述基片110和所述散热层120的所述连接器130，通过形成在所述基片110上的所述开口 140插入。彼此连接所述基片110和所述散热层120的所述连接器130可以包括例如将部件固定在一起的金属螺钉。另外，所述连接器130通过所述基片110的所述开口 140并装配在所述散热层120的所述凹槽121内，以使所述基片110和所述散热层120可以牢固地保
持在一起。所述开口 140相互间隔，而且在所述开口 140中插入有所述连接器130，所述开口 140在所述基片110的厚度方向上形成。当所述连接器130是金属螺钉时，所述开口 140可以以孔的形式设置，所述孔的内表面形成为内螺纹的形状。通过阳极氧化所述金属层111形成的阳极氧化层150，可以形成在所述金属层111 的另一个表面Illb和/或侧表面Illc上。特别地，在所述阳极氧化层150形成在所述金属层111的另一个表面Illb上(即在彼此接触的所述金属层111和所述散热层120之间的接触面上)的情况下，可以防止所述金属层111与所述散热层120电连接。因此，可以防止散热层120产生的静电传递到所述金属层111和/或所述基片110，还可以减少施加在所述金属层111上从而使装置160性能恶化的脉冲电压。另外，在所述阳极氧化层150形成在所述金属层111的侧表面Illc上的情况下，所述金属层111和/或所述装置160可以被保护，免受由于静电或脉冲电压所弓I 起的空气中的自由电子或从散热层120回弹的自由电子的影响。
因为阳极氧化层150相比其它绝缘构件具有更高的导热率，因此热量可以无视形成在所述金属层111的另一个表面上的阳极氧化层150，在所述金属层111和所述散热层 120之间有效地交换。另外，在金属层111由含有铝的金属制成的情况下，所述阳极氧化层 150可以包含阳极氧化铝得到的氧化铝。在这种情况下，热交换率会得到进一步提升。所述阳极氧化层150也可以在形成于所述基片110上的所述开口 140的内表面上形成。在使用金属螺钉作为连接器130的情况下，所述金属层111可以通过所述连接器130 使所述散热层120短路。因此，所述阳极氧化层150也可以形成在开口 140的内表面上，以使所述金属层111免受所述散热层120或外部电子、静电等的影响。安装在所述基片110上的所述装置160，可以通过所述电路层113与所述基片110 电连接。所述装置160可以包括例如半导体装置、无源器件(passive device)、有源器件 (active device)等。任何产生大量热量的装置都可以用作装置160。例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)或二极管都可以使用，特别有利地可以为LED封装。另一方面，从所述装置160 产生的热量可以顺序经过所述绝缘层112、所述金属层111和所述散热层120，然后分散到
空气中。制造散热基底的方法图2至6是根据本发明的第一实施方式的散热基底IOOa的制作过程的视图。参考这些附图对本发明的第一实施方式的散热基底IOOa的制作方法做如下描述。如图2所示，绝缘层112形成在金属层111的一个表面Illa上，并且电路层113 形成在所述绝缘层112上，从而制备基片110。可以通过阳极氧化所述金属层111或通过混合环氧树脂和陶瓷填料形成所述绝缘层112。特别地，在通过阳极氧化形成所述绝缘层112的情况下，所述金属层111与直流电源的正极连接并浸入酸性溶液(电解液)中，因此获得包括形成在所述金属层111表面上的阳极氧化层在内的所述绝缘层112。例如，在所述金属层111包含铝的情况下，所述金属层111的表面与电解液(酸性溶液)反应，以使铝离子(Al3+)形成在它们之间的边界表面上。由于施加在所述金属层111上的电压，电流密度集中在所述金属层111的表面上，从而产生局部热量，并通过此热量形成更多的铝离子。结果，所述金属层111的表面上形成有多个凹槽，并且氧离子(02_)通过电场力进入凹槽中，进而与电解铝离子反应，从而形成包括氧化铝层在内的所述绝缘层112。所述电路层113可以通过已知方法形成在所述绝缘层112上，例如，半加成法(semi-additive process)、减成法(subtractive process)、或力口成法(additive process)。然后，如图3所示，开口 140形成在所述基片110上所述开口 140形成在所述基片110的厚度方向上以具有适于在其中插入连接器 130的尺寸。例如，在所述连接器130为用来把部件固定在一起的金属螺钉的情况下，所述开口 140可以设置为孔的形式，所述孔的内表面可以形成为内螺纹的形状。并且，可以使用例如钻孔的方法形成所述开口 140.然后，如图4所示，阳极氧化层150形成在所述基片110的另一个表面Illb和侧表面Illc上和/或所述开口 140上。
可以通过阳极氧化所述金属层111形成所述阳极氧化层150。所述阳极氧化层150 不仅可以形成在所述基片110的另一个表面Illb和/或侧表面Illc上，还可以形成在所述开口 140的内表面上。然后，如图5所示，所述连接器130插入所述开口 140中，以使所述散热层120与所述金属层111的另一个表面Illb连接。可以使用尺寸与所述开口 140的尺寸相对应的连接器130，并且，该连接器130可以包括任何部件(例如金属螺钉)，只要其能够插入所述基片Iio的所述开口 140使所述基片110和所述散热层120相互连接即可。所述连接器130可以通过所述基片110的所述开口 140装配在所述散热层120的所述凹槽121中。然后，如图6所示，装置160安装在所述基片110上。尽管已经描述了涉及本实施方式的在连接所述散热层120后安装所述装置160， 但是这两个步骤也可以以先安装所述装置160随后连接所述散热层120的顺序进行。后者的顺序也包含在本发明的范围内。如图6所示，使用上述制造方法制造根据本发明第一实施方式的所述散热基底 IOOa0图7A和7B到图IlA和IlB和图12和13是根据本发明的第二实施方式的散热基底IOOb的制造过程的视图。参考这些附图，对根据本发明的第二实施方式的散热基底IOOb 的制造方法做如下描述。与第一实施方式相同或相应的部件使用相同的附图标记标注，并且省略与第一实施方式重叠的描述。如图7A和图7B所示，制备的是包括多个基片110的基片带200，所述基片110包括金属层111、形成在所述金属层111的一个表面Illa上的绝缘层112以及形成在所述绝缘层112上的电路层113。在多个基片110制作在一个单独的基片带200上的情况下，所述多个基片110所包括的金属层111、绝缘层112和电路层113可以一次形成，因此减少了加工时间和成本。 尽管图7A说明了在所述基片带200上的两个圆形基片110的形成，但是根据产品的设计条件，所述基片110可以具有不同的平面形状，并且所述基片带200包括的基片110的数量也不局限于此。然后，如图8A和8B所示，用来将散热层120连接到基片110的连接器130所插入的开口 140形成在所述基片110的厚度方向上。在每个基片110上可以有一个或多个开口 140。然后，如图9A和9B所示，所述基片带200部分切开以制备多个单一的基片110。在用来连接所述基片带200和所述基片110的桥210保持在适当位置的基础上， 所述基片带200可以被切开以获得单独的基片110。在形成稍后将要描述的阳极氧化层150 时，可以缩短所述桥210的宽度以使所述阳极氧化层150可以形成在尽可能大的区域上。同样，注意保持适于将所述基片110固定在所述基片带200上的桥的宽度。可以使用例如刳刨机(router)或压基加工(press-based process)对所述基片110进行切割。另外，可以对所述桥210的上部和下部进行V形切割(V-cut)，以使所述基片110 从所述基片带200轻松地分离。具体地，除了桥210的一部分，可以使用例如刀片在所述桥 210的上部和下部形成沟槽。
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然后，如图IOA和IOB所示，所述阳极氧化层150形成在所述基片带200包括的所述基片110的金属层111的另一个表面Illb上和侧表面IllC上和/或所述开口 140的内
表面上。因为所述基片110通过所述桥210与所述基片带200连接，所以所述阳极氧化层 150可以在整个基片带200上一次形成，从而使制作过程变得方便。具体地，当整个基片带 200浸入电解液中时，所述阳极氧化层150可以形成在所述多个基片110上，从而可以减少生产时间和成本。另外，在所述阳极氧化层150形成在所述金属层111的侧表面Illc上的情况下，所述桥210形成的区域不能形成阳极氧化层150，因而可以将所述桥210的宽度设计得尽可能地窄。然后，如图IlA和IlB所示，所述桥210被移除，所述基片110单独从所述基片带 200分离。因为所述桥210被移除，所以所述基片110不在全部区域与所述基片带200连接， 从而可以从所述基片带200分离。所述桥210可以通过例如刳刨机或压基加工移除。在所述桥210的宽度狭窄的情况下，可以使用钻孔的方法移除桥210。然后，如图12和13所示，在单独的基片110上，所述连接器130插入所述开口 140 中，从而所述散热层120与所述金属层111的另一个表面Illb连接，然后装置160安装在所述基片110上。这样，所述装置160的安装以及随后的所述散热层120的连接都是可能的。如图13所示，根据本发明的第二实施方式的散热基底IOOb使用上述制造方法制造。如上文所述，本发明提供一种散热基底和一种制造该散热基底的方法。根据本发明，具有高导热率的阳极氧化层形成在金属层和散热层之间的接触面上，即所述金属层的另一个表面和/或侧表面上，从而在保持散热性能的同时防止静电或脉冲电压传递到所述金属层和所述装置上。并且，根据本发明，在形成用来连接所述金属层和所述散热层的连接器所插入的开口的情况下，所述阳极氧化层形成在所述开口上，从而防止所述金属层与所述散热层电连接。并且，根据本发明，所述金属层包含铝，所述绝缘层包含阳极氧化所述金属层产生的氧化铝。因此，从装置产生的热量能够更快地分散到外部，从而有利于使所述金属层更薄地形成。并且，根据本发明，能够从包括多个基片的基片带中制造所述散热基底，从而降低了制造成本和时间。尽管出于说明的目的已经描述了本发明的散热基底和制造该散热基底的方法的优选实施方式，但是本领域技术人员应当理解的是，在不脱离附带的权利要求所公开的本发明的范围和精神的前提下，能够对本发明作出各种改变、增加和替换。因此，这些改变、增加和替换也应当被理解为落入本发明的范围之内。
权利要求
1.一种散热基底，该散热基底包括基片，该基片包括金属层、形成在该金属层的一个表面上的绝缘层以及形成在该绝缘层上的电路层；散热层，该散热层形成在所述金属层的另一个表面上； 连接器，该连接器用于相互连接所述基片和所述散热层；开口，该开口形成在所述基片的厚度方向上，并且所述连接器插入所述开口中；以及阳极氧化层，该阳极氧化层形成在所述金属层的所述另一个表面和侧表面中的任意一个或两个上。
2.根据权利要求1所述的散热基底，其中，所述阳极氧化层还形成在所述开口的内表面上。
3.根据权利要求1所述的散热基底，其中，所述绝缘层通过阳极氧化所述金属层或通过混合环氧树脂和陶瓷填料而形成。
4.根据权利要求1所述的散热基底，其中，所述金属层包含铝，所述绝缘层包含通过阳极氧化所述金属层而形成的氧化铝。
5.根据权利要求1所述的散热基底，其中，所述金属层包含铝，所述阳极氧化层包含通过阳极氧化所述金属层而形成的氧化铝。
6.根据权利要求1所述的散热基底，其中，该散热基底还包括安装在所述基片上的装置。
7.根据权利要求6所述的散热基底，其中，所述装置为发光二极管封装。
8.—种制造散热基底的方法，该方法包括步骤(A)在金属层的一个表面上形成绝缘层并且在该绝缘层上形成电路层，从而制备基片；步骤(B)在所述基片的厚度方向上形成开口 ；步骤(C)在所述金属层的另一个表面和侧表面中的任意一个或两个上形成阳极氧化层；以及步骤(D)将连接器插入所述开口中，从而使散热层连接到所述金属层的所述另一个表面上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述步骤(C)中，所述阳极氧化层还形成在所述开口的内表面上。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述步骤(A)中，所述绝缘层通过阳极氧化所述金属层或通过混合环氧树脂和陶瓷填料而形成。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤(A)包括 步骤(Al)提供包含铝的金属层；步骤m 阳极氧化所述金属层，从而在所述金属层上形成包含氧化铝的绝缘层；以及步骤(Α； )在所述绝缘层上形成电路层，从而制备基片。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属层包含铝，所述阳极氧化层包含通过阳极氧化所述金属层而形成的氧化铝。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤在所述步骤(D)之前或之后，在所述基片上安装装置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述装置为发光二极管封装。
15.一种制造散热基底的方法，该方法包括步骤(A)制备基片带，该基片带包括多个基片，该基片包括金属层、形成在该金属层的一个表面上的绝缘层以及形成在该绝缘层上的电路层； 步骤(B)在每个所述基片的厚度方向上形成开口 ；步骤(C)除了用来连接所述基片和所述基片带的桥以外，切割所述基片带，从而使得每个所述基片从所述基片带分开；步骤(D)在所述金属层的另一个表面和侧表面中的任意一个或两个上形成阳极氧化层；步骤(E)去除所述桥，从而单独分离所述基片；以及步骤(F)将连接器插入所述开口中，从而将散热层连接到所述金属层的所述另一个表面上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述步骤(D)中，所述阳极氧化层还形成在所述开口的内表面上。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述步骤(A)中，所述绝缘层通过阳极氧化所述金属层或通过混合环氧树脂和陶瓷填料而形成。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤在所述步骤(F)之前或之后，在所述基片上安装装置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述装置为发光二极管封装。
全文摘要
本发明公开了一种散热基底，该散热基底包括基片，该基片包括金属层、形成在所述金属层的一个表面上的绝缘层以及形成在所述绝缘层上的电路层；散热层，该散热层形成在所述金属层的另一个表面上；连接器，该连接器用于相互连接所述基片和所述散热层；开口，该开口形成在所述基片的厚度方向上，并且所述连接器插入所述开口中；以及阳极氧化层，该阳极氧化层形成在所述金属层的另一个表面和侧表面中的任意一个或两个上，并且在所述散热基底中，所述金属层和散热层通过阳极氧化层彼此绝缘，从而防止静电或脉冲电压传递到金属层。本发明还提供一种制造该散热基底的方法。
文档编号H01L23/60GK102299126SQ20101052833
公开日2011年12月28日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年6月23日
发明者徐基浩, 朴志贤, 李荣基, 申常铉, 许哲豪, 金泰勋 申请人:三星电机株式会社