专利名称：共烧陶瓷模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷模块，特别涉及一种共烧陶瓷模块。
背景技术：
近年来随着可携式信息电子产品与移动通讯产品朝着轻薄短小、多功 能、高可靠度与低价化的发展，高元件密度成为电子产品的发展趋势。因此， 电路中所使用的有源元件及无源元件也多朝向集成化、芯片化及模块化的方 向发展，以达到有效缩小电路体积，进而降低成本并提高产品的竟争力。
然而，缩小体积所带来的则是散热问题，由于已知使用树脂所制作的电 路板属于热的不良导体，故需要在电路板的结构上作一些改变以提升散热效
能。例如在电路板开设多个导热孔(thermal via),使设置于电路板上的电子 元件的热量通过导热孔逸出。然而，这些方式皆需要在电路板上加工，并破 坏原本的结构。如此一来，不仅增加生产工时，亦会降低电路板原本的结构 强度，进而降低电子元件的可靠度。
基于上述的问题，近来有业者积极研究低温共烧陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramics, LTCC )的技术，利用其导热效率4交传统电^各板为佳的特 性，使电子产品的体积利用率提高得以实现。
因此，如何提供一种共烧陶瓷模块，能够在不需要额外加工的情况下， 提供高导热效能，进而节省生产时程、避免破坏结构强度，并提高可靠度， 已成为当前所需解决的课题之一。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种能够在不需要额外加工的情 况下，提供高导热效能的共烧陶瓷模块。
因此，为达上述目的，依据本发明的一种共烧陶瓷模块包括一陶瓷基板 以及至少一发热元件。陶瓷基板具有至少一高导热材料。发热元件设置于陶
瓷基板。承上所述，本发明的 一种共烧陶瓷模块加入高导热材料共烧而形成陶瓷 基板，故可对发热元件提供高导热效能。与现有技术相较，本发明不需对已 烧结成型的陶瓷基板的结构作任何加工修改即可具有高导热效能，进而节省 生产时程、避免破坏原本结构强度并提高可靠度。
图1为本发明第一实施例的共烧陶瓷模块的示意图；图2为本发明第二实施例的共烧陶瓷模块的示意图；图3为本发明第三实施例的共烧陶瓷模块的示意图；图4为本发明第四实施例的共烧陶瓷模块的示意图；图5为本发明第五实施例的共烧陶瓷模块具有一凹槽的示意图；图6A至图6C为本发明的凹槽内缘具有不同形状的示意图；图7为本发明第五实施例的共烧陶瓷模块具有多个凹槽的示意图；图8为本发明第六实施例的共烧陶瓷模块的示意图；以及图9为本发明第七实施例的共烧陶瓷模块的示意图。附图标记说明1~7:共烧陶瓷模块11、 21、 31、 41、 51、 61、 71:陶资基板 111、 211:连接垫112:图样化线路 113、 713:导电孔12、 22、 32、 42、 52、 62、 72:发热元件314、 714:金属层315、 715:导热孔 516:凹槽63:框架 71a~71f:导热层 71g~71m:导电层 B:电路板
具体实施例方式
以下将参照相关图示，说明依据本发明优选实施例的一种共烧陶瓷模块。
第一实施例
请参照图1所示，本发明第一实施例的共烧陶瓷模块1包括陶瓷基板11
及至少一发热元件12。陶瓷基板11具有至少一高导热材料。高导热材料为 具有高导热系数的材料，例如但不限于氮化铝、碳化硅、蓝宝石(sapphire) 或氧化铍(BeO)。发热元件12设置于陶瓷基板11,在此，发热元件12设 置于陶瓷基板11的表面上。
陶瓷基板11为j氐温共烧陶瓷基板(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC),且可为多层板或单层板。以下以单层板为例，举例说明陶瓷基板ll 的制备过程。首先，将陶瓷材料、无机粘结剂、高导热材料及其他所需材料 混合配制为浆料；再利用一刮刀成型为生胚片；最后在低于IOO(TC的温度下 进行烧结即可得到陶瓷基板11。
本发明并不限制陶瓷基板11的种类，例如可为载板或电路板。本发明 亦不限制发热元件12的种类，发热元件12可为任何在工作中会自身产生并 逸出热量的电子元件，例如无源元件或有源元件。其中，无源元件就如电阻 器、电容器及电感器；有源元件例如芯片或封装体等，而芯片或封装体例如 可为发光二极管(Light-Emitting Diode, LED )或太阳能电池(solar cell )。
在本实施例中，发热元件12以发光二极管芯片为例，陶瓷基板11以载 板为例。陶瓷基板11具有多个连接垫111及图样化线路112。发热元件12 以？ 1线键合(wire bonding)方式与连接垫111连结，而连接垫111与图样化 线路112电性连接。当然，随着发热元件12的种类或需求不同，其与陶乾 基板11的连结方式亦可不同，例如倒装片接合(flip-chip bonding);此外， 连结材料亦可不同，例如可为共金、焊锡或银胶。
另外，陶瓷基板11还具有导电孔(Via) 113,用以传送电气信号。导 电孔112的数目及设置位置会随着需求而改变，例如陶瓷基板11的层数及 线路分布。
在本实施例中，由于陶瓷基板11具有高导热材料，故其导热路径同时 具有水平方向及垂直方向，而陶瓷基板11的导电路径亦同时具有水平方向 及垂直方向，例如导电孔113的导电路径沿垂直方向，而图样化线路112的导电路径沿水平方向。承上所述，陶资基板11的导电路径及导热路径可相 互平行或垂直，亦即，导电^4圣及导热5^径为同方向或不同方向。 第二实施例请参照图2所示，本发明第二实施例的共烧陶瓷模块2包括陶瓷基板21 及至少一发热元件22,其与上述实施例主要的不同在于陶瓷基板21以电 路板为例，发热元件22以封装体为例。在此，发热元件22以球4册阵列封装 (BallGridArray,BGA)方式直接设置于陶瓷基板21的连接垫211上。另外， 发热元件22亦可以其他方式设置于陶瓷基板21,例如四方扁平封装体(Quad Flat Package, QFP )、表面安装技术(Surface Mount Technology, SMT)或针 栅阵列(Pin Grid Array )等方式。第三实施例请参照图3所示，本发明第三实施例的共烧陶瓷模块3包括陶瓷基板31 及至少一发热元件32。陶瓷基板31具有金属层314及导热孔(thermal via) 315。金属层314及导热孔315可让陶瓷基板31的导热效能更佳。第四实施例请参照图4所示，本发明第四实施例的共烧陶瓷模块4包括陶瓷基板41 及至少一发热元件42。其中该发热元件42引线键合于电路板B。在本实施 例中，陶瓷基板41主要提供导热，而电路板B用以传送电气信号。第五实施例请参照图5所示，本发明第五实施例的共烧陶瓷模块5包括陶瓷基板51 及至少一发热元件52。陶瓷基板51具有至少一凹槽(Cavity) 516，发热元 件52设置于凹槽516内。其中该凹槽516内缘的形状可具有多种态样，例 如为曲面(图5)、斜面(图6A)、直立面(图6B)、或呈阶梯状(图6C) 等。凹槽516内缘的形状并无特定限制，可视需要而改变。凹槽516的制备可有多种方式，例如先在生胚片上打孔，再进行烧结； 或是先以刨、刮、研磨、压印等方式将凹槽516成型，再进行烧结，烧结后 再进行细部研磨；或是先烧结生胚片，再以刨、刮、研磨等方式将凹槽516 成型；或是先在生胚片上打孔，构成凹槽516的雏形，再以刨、刮、研磨、 压印等方式将凹槽516成型，再进行烧结，烧结后再进行细部研磨；或是先 在生胚片上打孔，构成凹槽516的雏形，进行烧结，再以刨、刮、研磨等方 式将凹槽516成型。凹槽516内缘可具有一反射面。如此，当发热元件52可发光时，反射 面可反射光线进而提升发光效能。反射面可通过电镀、化学镀、涂布或转印 而成型于凹槽25内缘。此外，如图7所示，当陶瓷基板51具有多个凹槽516时，凹槽516可呈阵列设置。 第六实施例请参照图8所示，本发明第六实施例的共烧陶瓷模块6包括陶瓷基板61 、 至少一发热元件62及具有至少一凹槽的框架63,其设置于陶瓷基板61上， 发热元件62设置于该凹槽内。框架63的材料可选自陶瓷、金属及高分子材 料所构成的组。凹槽的内缘形状可具有多种态样，例如为曲面、斜面、直立 面或呈阶梯状(类似于图5, 6A 6C所示)。另外，凹槽的内缘可具有反射面 以反射光线。反射面可由电镀、化学镀、涂布或转印而成型于凹槽内缘。此 外，当凹槽为多个时，可呈阵列设置。第七实施例本发明的共烧陶瓷模块除了包括高导热材料之外，还可包括高导电材 料，高导电材料为具有高导电系数的材料，例如但不限于银或银-钇(Ag-Pd)。 请参照图9所示，本发明第七实施例的共烧陶瓷模块7包括陶瓷基板71及 至少一发热元件72。陶瓷基板71包括多层导热层71a 71f及多层导电层71g 71m。导热 层71a 71f分别具有高导热材料，导电层71g 71m分别具有高导电材料， 且与导热层71a 71f交互设置。发热元件72设置于其中的一层导热层，在 此，发热元件72设置于导热层71a。发热元件72与至少其中的一层导电层 电性连接，在此，发热元件72与导电层71g电性连接。另外，陶瓷基板71 还具有金属层714、至少一导热孔715及至少一导电孔713。其中金属层714 及导热孔715用以导热，导电孔713用以传送电气信号。以下举例说明陶瓷基板71的制备过程首先，分别将陶瓷材料、无机 粘结剂、高导热材料及其他所需材料混合配制为浆料；再利用刮刀成型为多 个生胚片；在个别生胚片上利用网印技术形成电路图案，电路图案的材料具 有高导电材料；然后，叠压这些生胚片，并在低于100(TC的温度烧结即可得 到陶瓷基板71。其中，生胚片形成导热层71a-71f,而电路图案形成导电层 71g ~ 71m。综上所述，本发明的 一种共烧陶瓷it块加入高导热材料共烧而形成陶瓷 基板，故可对发热元件提供高导热效能。与现有技术相较，本发明不需对已 烧结成型的陶瓷基板的结构作任何加工修改即可具有高导热效能，进而节省 生产时程、避免破坏原本结构强度并提高可靠度。以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范 畴，而对其进行的等同修改或变更，均应包含于所附的权利要求中。
权利要求
1、一种共烧陶瓷模块，包括陶瓷基板，具有至少一高导热材料；以及至少一发热元件，设置于该陶瓷基板。
2、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板为低温共烧陶 瓷基板、载板或电路板。
3、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板通过陶瓷材料、 无机粘结剂、该高导热材料及其他所需材料混合配制为浆料，再利用一刮刀 成型为生胚片，且在低于100(TC的温度下进行烧结而成。
4、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该高导热材料具有氮化铝、 碳化硅、蓝宝石或氧化铍。
5、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该发热元件为发光二极管、 太阳能电池、芯片、封装体、无源元件或有源元件。
6、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该发热元件以共金、焊锡 或银胶而设置于该陶瓷基板。
7、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该发热元件与陶瓷基板通 过倒装片接合、四方扁平封装体、表面安装技术或针栅阵列方式连结。
8、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板具有多个连接 垫，该发热元件与这些连接垫直接连结或以引线键合或球栅阵列封装方式与 这些连4妻垫连结。
9、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该发热元件引线键合于电路板。
10、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板的导电路径及 导热路径为相同或不同方向。
11、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板具有至少一凹 槽，该发热元件设置于该凹槽内。
12、 如权利要求11所述的共烧陶瓷模块，其中该凹槽经由在一生胚片 上打孔，再进行烧结而成。
13、 如权利要求11所述的共烧陶瓷模块，其中该凹槽经由刨、刮、研 磨或压印方式成型，再进行烧结，烧结后再进行细部研磨而成。
14、 如权利要求11所述的共烧陶资模块，其中该凹槽经由先烧结一生 胚片，再以刨、刮或研磨方式成型。
15、 如权利要求11所述的共烧陶乾模块，其中该凹槽经由在一生胚片 上打孔，再以刨、刮、研磨或压印方式成型，再进行烧结，烧结后再进行细 部研磨而成。
16、 如权利要求11所述的共烧陶覺模块，其中该凹槽经由在一生胚片 上打孔，进行烧结，再以刨、刮或研磨方式成型。
17、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其还包含框架，设置于该陶瓷 基板，且具有至少一凹槽，该发热元件设置于该凹槽内。
18、 如权利要求17所述的共烧陶瓷模块，其中该框架的材料选自陶瓷、 金属及高分子材料所构成的组。
19、 如权利要求ll或17所述的共烧陶瓷模块，其中该凹槽的内缘具有 ^h面、曲面、直立面或呈阶梯状。
20、 如权利要求11或17所述的共烧陶瓷模块，其中该凹槽的内缘具有 反射面。
21、 如权利要求20所述的共烧陶瓷模块，其中该反射面由电镀、化学 镀、涂布或转印而成型于该凹槽的内缘。
22、 如权利要求11或17所述的共烧陶乾模块，其中这些凹槽呈阵列设置。
23、 如权利要求1所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板还具有至少一 高导电材料。
24、 如权利要求23所述的共烧陶瓷模块，其中该高导电材料包括银或银-把。
25、 如权利要求23所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板包括 多层导热层，分别具有该高导热材料，该发热元件设置于其中的一层导热层；以及多层导电层，分别具有该高导电材料，这些导电层分别与这些导热层交 互设置，且该发热元件与至少其中的 一层导电层电性连接。
26、 如权利要求1或25所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板还包括 金属层、至少一导热孔或至少一导电孔。
27、 如权利要求25所述的共烧陶瓷模块，其中该陶瓷基板经由陶瓷材料、无机粘结剂、该高导热材料及其他所需材料混合配制为浆料；再利用刮 刀成型为多个生胚片；在个别生胚片上利用网印技术形成电路图案，电路图 案的材料具有该高导电材料；叠压这些生胚片，并在低于1000。C的温度烧结而成。
全文摘要
本发明公开了一种共烧陶瓷模块，其包括陶瓷基板以及至少一发热元件。陶瓷基板具有至少一高导热材料。发热元件设置于陶瓷基板。本发明的一种共烧陶瓷模块加入高导热材料共烧而形成陶瓷基板，故可对发热元件提供高导热效能。与现有技术相较，本发明不需对已烧结成型的陶瓷基板的结构作任何加工修改即可具有高导热效能，进而节省生产时程、避免破坏原本结构强度并提高可靠度。
文档编号H05K1/03GK101409997SQ20071018115
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月12日 优先权日2007年10月12日
发明者谢俞枰, 魏志宏 申请人:台达电子工业股份有限公司