专利名称：段差式陶瓷覆铜板组及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷覆铜板，特别是涉及一种陶瓷覆铜板组及其制造方法。
背景技术：
现有的陶瓷覆铜板主要是被拿来作为陶瓷线路板使用。前述陶瓷覆铜板是利用直 接铜接合技术(direct copper bonding，简称DCB)，来将陶瓷层(如，Al203、AlN、Ti02、Zr02、 Zn0、2Mg0*Si02，或BaTiO3)与铜箔共晶结合并形成一三明治结构。借由前述陶瓷层的电气 绝缘性来使得设置于此陶瓷覆铜板上的多个电子零组件得以彼此电性隔绝。参阅图1，现有一种作为陶瓷电路板使用的陶瓷覆铜板1的制造方法，包含以下步 骤(A)提供一陶瓷层、一第一铜箔11与一第二铜箔12 ；(B)于该陶瓷层10的一上、下表面分别共晶结合该第一、二铜箔11、12 ；及(C)于该第一铜箔11上形成两电性隔绝的铜导线111以完成该陶瓷覆铜板1。参阅图2，该陶瓷覆铜板1是被拿来作为设置电子零组件(如，一水平导通式发 光二极管(light emitting diode，简称LED)91的陶瓷电路板使用。该陶瓷覆铜板1的 陶瓷层10—般是经由刮刀成形(tape casting)、注浆成形(slip casting)或粉压成形 (pressing)等传统陶瓷制程所制得。前述传统陶瓷制程所制得的陶瓷层10的厚度一般是 碍于制程的限制；因此，该陶瓷层10的厚度至少是大于0. 2mm。该陶瓷层10对于该水平导 通式发光二极管91而言厚度过厚，致使该水平导通式发光二极管91于运作时所产生的高 热无法有效地被传递至外界。因此，不仅降低电子零组件的使用寿命，亦影响电子零组件的 元件效能。经上述说明可知，改善陶瓷覆铜板的散热问题借以提升电子零组件的使用寿命及 元件效能，是此技术领域者所需改进的课题。
发明内容
本发明的目的，是在提供一种段差式陶瓷覆铜板组。本发明的另一目的，是在提供一种段差式陶瓷覆铜板组的制造方法。本发明的又一目的，是在提供一种段差式陶瓷覆铜板组的制造方法。本发明的再又一目的，是在提供一种段差式陶瓷覆铜板组的制造方法。本发明的段差式陶瓷覆铜板组，包含一陶瓷覆铜板及一散热单元。该陶瓷覆铜板 具有一包括有相反设置的一第一表面与一第二表面的第一陶瓷层、一形成于该第一表面并 形成有一预定图案的第一覆铜层，与一形成于该第二表面的第二覆铜层。该第一陶瓷层更 包括有一贯穿该等表面的开口。该第一覆铜层的预定图案具有一与该开口对应设置并隔绝 出至少二导线区的开口区。该散热单元具有一设置于该开口内的散热块。其中，界定该第 一陶瓷层与该散热块的热传率(thermal conductivity)分别为Kl与K2，且K2 > Kl。另，本发明的的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，包含以下步骤
(al)于一第一陶瓷层形成一贯穿该第一陶瓷层的一第一表面与一相反于该第一 表面的第二表面的开口；(bl)于该第一、二表面分别共晶接合一第一覆铜层与一第二覆铜层；(cl)于该第一覆铜层上形成一具有一开口区并隔绝出至少两个导线区的预定图 案，借以开放该第一陶瓷层的开口 ；及(dl)实施热处理以于该第一陶瓷层的开口内共晶接合该第二覆铜层与一具有一 散热块的散热单元。又，本发明的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，包含以下步骤(a2)于一第一陶瓷层的一第一表面共晶接合一第一覆铜层；(b2)于该第一覆铜层上形成一具有一开口区并隔绝出至少两个导线区的预定图 案；(c2)于该第一陶瓷层形成一贯穿该第一表面与一相反于该第一表面的第二表面 的开口 ；及(d2)实施热处理以于该第二表面共晶接合一第二覆铜层，并于该第一陶瓷层的开 口内共晶接合该第二覆铜层与一具有一散热块的散热单元。此外，本发明的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，包含以下步骤(a3)于一第一陶瓷层形成一贯穿该第一陶瓷层的一第一表面与一相反于该第一 表面的第二表面的开口；(b3)实施热处理以于该第一、二表面分别共晶接合一第一覆铜层与一第二覆铜 层，并于该第一陶瓷层的开口内共晶接合该第一、二覆铜层与一具有一散热块的散热单元； 及(c3)于该第一覆铜层上形成一具有一开口区并隔绝出至少两个导线区的预定图案。其中，界定本发明上述制造方法中的该第一陶瓷层与该散热块的热传率分别为Kl 与 K2，且 K2 > Kl。本发明的有益效果在于改善陶瓷覆铜板的散热问题借以提升电子零组件的使用 寿命及元件效能。
图1是一制作流程示意图，说明现有一种陶瓷覆铜板的制造方法；图2是一局部剖视示意图，说明由图1所制得的陶瓷覆铜板应用于一水平导通式 发光二极管的形式；图3是一局部剖视示意图，说明本发明的陶瓷覆铜板组的一第一优选实施例被应 用于该水平导通式发光二极管的形式；图4是一制作流程示意图，说明本发明的陶瓷覆铜板组的制造方法的一第一优选 实施例；图5是一制作流程示意图，说明本发明的陶瓷覆铜板组的制造方法的一第二优选 实施例；图6是一局部剖视示意图，说明本发明的陶瓷覆铜板组的一第二优选实施例被应用于一垂直导通式发光二极管的形式；及图7是一制作流程示意图，说明本发明的陶瓷覆铜板组的制造方法的一第三优选 实施例。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如图3所示，本发明的段差式陶瓷覆铜板组的一第一优选实施例可适用于电性连 接至少一电子零组件(本发明制品的该第一优选实施例是以该水平导通式发光二极管91 来举例说明)，包含一陶瓷覆铜板及一散热单元5。该陶瓷覆铜板具有一包括有相反设置的一第一表面21与一第二表面22的第一陶 瓷层2、一形成于该第一表面21并形成有一预定图案的第一覆铜层3，与一形成于该第二表 面22的第二覆铜层4。该第一陶瓷层2更包括有一贯穿该等表面21、22的开口 20。在本 发明该制品的第一优选实施例中，该第一覆铜层3的预定图案具有一与该第一陶瓷层2的 开口 20对应设置并开放该开口 20的开口区31，且该开口区31隔绝出至少两个导线区32。 但本发明该制品的第一优选实施例的开口区31，亦可以是隔绝出两个以上的导线区以电性 连接多个电子零组件(图未示)。该散热单元5具有一设置于该开口 20内的散热块51，及一夹置于该散热块51 与该第二覆铜层4之间的第二陶瓷层52。适用于本发明的第二陶瓷层52可以是氧化铝 (Al2O3)、氮化铝(AlN)或氧化钛(TiO2)。此处值得一提的是，当设置于本发明该制品的第一优选实施例上的电子零组件的 底部为绝缘体(如，该水平导通式发光二极管91)时，则可省略该第二陶瓷层52;反之，当 设置于本发明该制品的第一优选实施例上的电子零组件的底部为导体(如，垂直导通式发 光二极管或聚光型太阳能电池)时，则不可省略该第二陶瓷层52。为改善陶瓷热传不佳的 问题，优选地，界定该第一、二陶瓷层2、52的厚度分别为D与d，该第一陶瓷层2与该散热块 51的热传率分别为Kl与1(2，且d < D，K2 > Kl ；更优选地，D至少大于0. 2mm。又，此处值 得一提的是，当该散热单元5的第二陶瓷层52的厚度d不足时，该第二陶瓷层52将因其内 部的孔洞而使得该第二陶瓷层52本身的崩溃电压(break down voltage)大幅地下降；因 此，更优选地，d介于0. 02mm 0. 2mm之间；K2 > 170ff/m. K.。适用于本发明该散热块51 可以是K2约401ff/m. K.的铜块(Cu)、K2约209ff/m. K.的Cu/ff合金或K2约184ff/m. K.的 Cu/Mo合金。在本发明该制品的第一优选实施例中，该第二陶瓷层52可以是经由热熔射 (thermal spray)、电浆熔射(plasma spray)等熔射法所制成；该散热块52是一铜块；该散 热单元5的第二陶瓷层52与该陶瓷覆铜板的第二覆铜层4是在一温度范围下进行热处理 以共晶接合。该温度范围是低于金属铜的熔点(约1083°C )并高于该第二陶瓷层52与该 第二覆铜层4的氧化铜的共晶温度(1065°C )。如图4所示，本发明的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法的一第一优选实施例是形 成如图3所示的制品，其包含以下步骤(al)于该第一陶瓷层2形成该贯穿该第一陶瓷层2的第一、二表面21、22的开口 20 ；
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(bl)于该第一、二表面21、22分别共晶接合该第一、二覆铜层3、4 ；(cl)于该第一覆铜层3上形成该具有该开口区31并隔绝出该等导线区32的预定 图案，借以开放该第一陶瓷层2的开口 20 ；及(dl)实施热处理以于该第一陶瓷层2的开口 20内共晶接合该第二覆铜层4与该 具有该散热块51的散热单元5。在本发明该制造方法的第一优选实施例中，该步骤(dl)的散热单元5于该散热块 51与该第二覆铜层4之间是形成有该第二陶瓷层52;适用于本发明该制造方法的第一优选 实施例的步骤(al)的实施手段，使用CO2雷射对该第一陶瓷层2实施一雷射能量大于100W 的雷射切割，以于该第一陶瓷层2开设该穿孔20。此处值得一提的是，本发明该制造方法的第一优选实施例的步骤(al)，是适合形 成尺寸较小的开口。该第一陶瓷层2的开口 20可为正方形、圆形或多边形。以正方形举例 说明，当该开口 20尺寸过大时，将使得该第一陶瓷层2于该步骤(bl)的实施过程中因热胀 冷缩而产生破损，且该第一覆铜层3也容易因该开口 20尺寸过大而产生凹陷并影响该步骤 (cl)的预定图案的成形质量；因此，优选地，该开口 20的尺寸约小于5mm。又，本发明该制 造方法的第一优选实施例的步骤(dl)的热处理温度范围已说明于前，于此不再多加赘述。如图5所示，本发明的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法的一第二优选实施例亦是 形成如图3所示的制品，其大致上是相同于该制造方法的第一优选实施例，其不同处是在 于包含以下步骤(a2)于该第一陶瓷层2的第一表面21共晶接合该第一覆铜层3 ；(b2)于该第一覆铜层3上形成该具有该开口区31并隔绝出该等导线区32的预定 图案；(c2)于该第一陶瓷层3形成该贯穿该第一、二表面21、22的开口 20 ；及(d2)实施热处理以于该第二表面22共晶接合该第二覆铜层4，并于该第一陶瓷层 2的开口 20内共晶接合该第二覆铜层4与该具有该散热块51及该第二陶瓷层52的散热单 兀5。此处值得一提的是，由于揭示在图5中的步骤(b2)(预定图案的成形)是在步 骤(c2)(该开口 20的形成)之前实施；因此，本发明该制造方法的第二优选实施例的步骤 (c2)，是适合形成尺寸较大的开口。以正方形举例说明，优选地，本发明该制造方法的第二 优选实施例的开口 20尺寸是大于5mm。由本发明该制作方法的第二优选实施例所制得的陶 瓷覆铜板组可因该第一陶瓷层2的开口 20尺寸的扩大，而供较大尺寸的散热单元5设置于 其内并增加该电子零组件(如，该水平导通式发光二极管91)的热传效能。如图6所示，本发明的段差式陶瓷覆铜板组的一第二优选实施例大致上是相同于 如图3所示的第一优选实施例，其不同处是在于，该第一覆铜层3的开口区31是局部开放 该第一陶瓷层2的开口 20，并致使该等导线区32的其中一者与该散热块51接触；也就是 说，该散热块51是隐藏于第一、二覆铜层3、4之间；此外，本发明的制品的第二优选实施例 可适用于该水平导通式发光二极管91 (图未示)，亦可适用于一垂直导通式发光二极管92。如图7所示，本发明的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法的一第三优选实施例是形 成如图6所示的制品，其大致上是相同于该等制造方法的优选实施例，其不同处是在于包 含以下步骤
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(a3)于该第一陶瓷层2形成该贯穿该第一陶瓷层2的第一、二表面21、22的开口 20 ；(b3)实施热处理以于该第一、二表面21、22分别共晶接合该第一、二覆铜层3、4， 并于该第一陶瓷层2的开口 20内共晶接合该第一、二覆铜层3、4与该具有该散热块51与 该第二陶瓷层52的散热单元5 ；及(c3)于该第一覆铜层3上形成该具有该开口区31并隔绝出该等导线区32的预定 图案。在本发明该等优选实施例中，可借由设置于该第一陶瓷层2开口 20内的散热单元 5的第二陶瓷层52，来降低现有陶瓷层厚度过大所致的散热问题(即，d<D)；此外，亦可借 由该散热单元5的高热传率的散热块51 (铜块，K2 > Kl)来提升电子零组件的热传效率。 因此，不仅提升了电子零组件的使用寿命，亦增加了电子零组件的元件效能。综上所述，本发明的段差式陶瓷覆铜板组及其制造方法，可改善陶瓷覆铜板的散 热问题，并可提升发光二极管等电子零组件的使用寿命及元件效能，故确实能达成本发明 的目的。
权利要求
一种段差式陶瓷覆铜板组，包含一陶瓷覆铜板，所述陶瓷覆铜板具有一包括有相反设置的一第一表面与一第二表面的第一陶瓷层、一形成于所述第一表面并形成有一预定图案的第一覆铜层与一形成于所述第二表面的第二覆铜层；其特征在于所述段差式陶瓷覆铜板组更包含一散热单元，且所述第一陶瓷层更包括有一贯穿所述等表面的开口，同时，所述第一覆铜层的预定图案具有一与所述开口对应设置并隔绝出至少两个导线区的开口区，所述散热单元具有一设置于所述开口内的散热块，其中，所述散热块的热传率大于所述第一陶瓷层的热传率。
2.根据权利要求1所述的段差式陶瓷覆铜板组，其特征在于所述散热单元更具有一夹置于所述散热块与所述第二覆铜层之间的第二陶瓷层，且所 述第一陶瓷层的厚度至少大于0. 2mm，所述第二陶瓷层的厚度介于0. 02mm 0. 2mm，所述散 热块的热传率大于170W/m. K.。
3.根据权利要求2所述的段差式陶瓷覆铜板组，其特征在于 所述第二陶瓷层是由熔射法所制成；所述散热块是一铜块。
4.根据权利要求2所述的段差式陶瓷覆铜板组，其特征在于所述散热单元的第二陶瓷层与所述陶瓷覆铜板的第二覆铜层是经由热处理以共晶接合。
5.根据权利要求1所述的段差式陶瓷覆铜板组，其特征在于 所述第一覆铜层的开口区开放所述第一陶瓷层的开口。
6.根据权利要求1所述的段差式陶瓷覆铜板组，其特征在于所述第一覆铜层的开口区是局部开放所述第一陶瓷层的开口，并致使所述等导线区的 其中一者与所述散热块接触。
7.一种段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于 所述制造方法包含(al)于一第一陶瓷层形成一贯穿所述第一陶瓷层的一第一表面与一相反于所述第一 表面的第二表面的开口；(bl)于所述第一、二表面分别共晶接合一第一覆铜层与一第二覆铜层； (Cl)于所述第一覆铜层上形成一具有一开口区并隔绝出至少两个导线区的预定图案， 借以开放所述第一陶瓷层的开口 ；及(dl)实施热处理以于所述第一陶瓷层的开口内共晶接合所述第二覆铜层与一具有一 散热块的散热单元，其中，所述散热块的热传率大于所述第一陶瓷层的热传率。
8.根据权利要求7所述的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于所述步骤(dl)的散热单元于所述散热块与所述第二覆铜层之间是形成有一第二陶 瓷层，且所述第一陶瓷层的厚度至少大于0. 2mm,所述第二陶瓷层的厚度介于0. 02mm 0. 2mm，所述散热块的热传率大于170W/m. K.。
9.根据权利要求8所述的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于 所述第二陶瓷层是由熔射法所制成；所述散热块是一铜块。
10.一种段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于 所述制造方法包含(a2)于一第一陶瓷层的一第一表面共晶接合一第一覆铜层；(b2)于所述第一覆铜层上形成一具有一开口区并隔绝出至少两个导线区的预定图案；(c2)于所述第一陶瓷层形成一贯穿所述第一表面与一相反于所述第一表面的第二表 面的开口 ；及(d2)实施热处理以于所述第二表面共晶接合一第二覆铜层，并于所述第一陶瓷层的开 口内共晶接合所述第二覆铜层与一具有一散热块的散热单元， 其中，所述散热块的热传率大于所述第一陶瓷层的热传率。
11.根据权利要求10所述的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于所述步骤(d2)的散热单元于所述散热块与所述第二覆铜层之间是形成有一第二陶 瓷层，且所述第一陶瓷层的厚度至少大于0. 2mm,所述第二陶瓷层的厚度介于0. 02mm 0. 2mm，所述散热决的热传率大于170W/m. K.。
12.根据权利要求11所述的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于 所述第二陶瓷层是由熔射法所制成；所述散热块是一铜块。
13.一种段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于 所述制造方法包含(a3)于一第一陶瓷层形成一贯穿所述第一陶瓷层的一第一表面与一相反于所述第一 表面的第二表面的开口；(b3)实施热处理以于所述第一、二表面分别共晶接合一第一覆铜层与一第二覆铜层， 并于所述第一陶瓷层的开口内共晶接合所述第一、二覆铜层与一具有一散热块的散热单 元；及(c3)于所述第一覆铜层上形成一具有一开口区并隔绝出至少两个导线区的预定图案， 其中，所述散热块的热传率大于所述第一陶瓷层的热传率。
14.根据权利要求13所述的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于所述步骤(b3)的散热单元于所述散热块与所述第二覆铜层之间是形成有一第二陶 瓷层，且所述第一陶瓷层的厚度至少大于0. 2mm,所述第二陶瓷层的厚度介于0. 02mm 0. 2mm，所述散热块的热传率大于170W/m. K.。
15.根据权利要求14所述的段差式陶瓷覆铜板组的制造方法，其特征在于 所述第二陶瓷层是由熔射法所制成；所述散热块是一铜块。
全文摘要
一种段差式陶瓷覆铜板组包含一陶瓷覆铜板及一散热单元，该陶瓷覆铜板具有一包括相反设置的一第一表面与一第二表面的第一陶瓷层、一形成于该第一表面并形成有一预定图案的第一覆铜层与一形成于该第二表面的第二覆铜层，该第一陶瓷层更包括一贯穿该等表面的开口，该预定图案具有一与该开口对置并隔绝出至少两个导线区的开口区，该散热单元具有一设置于该开口的散热块，其中，该散热块的热传率大于该第一陶瓷层的热传率，另，本发明亦提供一种前述段差式陶瓷覆铜板组的制造方法。
文档编号H01L23/373GK101930963SQ200910150208
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者江文忠 申请人:赫克斯科技股份有限公司