专利名称：具有低漏电流和高热传导性的多层基板及其相关方法
技术领域：
本发明涉及电子基板及其相关制造方法。因此，本发明涉及电子科学及材料科学 领域。
背景技术：
在许多已发展国家中，对大部分居民而言电子装置为其生活的必需品，对电子装 置的使用及依赖日益增加，产生了对更小且更快的电子装置的需求，随着电子电路速度增 加且尺寸减小，这些装置的散热却成为问题。电子装置一般包含具有整体连接电子组件的印刷电路板，这些组件使电子装置具 有总体的功能性，这些电子组件，例如处理器、晶体管、电阻器、电容器、发光二极管(LED) 等在工作时会产生大量的热，随着热量的累积，会引起与这些电子组件相关联的各种热问 题，大量的热不但会影响电子装置的可靠度，甚至可能使电子装置失效，例如，累积在电子 组件内部的热及在印刷电路板的表面的热可烧坏元件或引起短路，而使装置故障，因此，热 量的累积最终会影响电子装置的功能寿命，此问题对于具有高功率及高电流需求的电子组 件，以及对于支撑这些电子组件的印刷电路板尤其重要。已知技术采用例如风扇、散热片、电热致冷晶片(Peltier)及液体冷却等各种装 置，以减少电子装置中热量的累积，但随着运转速度加快及功率消耗增多，引起热量累积随 之增加，这些散热装置的尺寸通常必须增加，以便发挥功效，而且也可能需要电力来驱动操 作，举例而言，必须增加风扇尺寸及速度以增加气流，加大散热片尺寸以增加热容及表面 积，然而，因响应较小电子装置的需求，不仅不适合使用尺寸较大的这些散热装置，而且可 能需要更小尺寸的散热装置。其他做法是利用导热材料作为用于电子装置的基板，虽然导热材料可改进一些装 置的热处理问题，但这些导电材料通常也具有导电性，因此使用电绝缘层来试着阻止电子 组件与导电基板之间的漏电流，但由于电绝缘材料通常具有较低热传导性质，使得此方法 无法适用，同样的道理，当绝缘材料做到薄以具有热传导性质时，又无法提供良好的电绝缘 特性，进而引起基板与电子组件之间的漏电流，尤其在基板上具有缺陷或外来杂质的区域 中更容易发生。因此，适当散热电子装置的方法及相关装置不断地被研究，同时也需将散热装置 在电子装置上的漏电流减到最小。
发明内容
因此，本发明提供具有低漏电流及高热传导性质的电子基板，以及其相关方法，举例而言，在一方面中，一种具有良好热传导性质及介电特性的多层基板可包括一具有一工 作表面的金属层或金属板，该工作表面具有一大于约0. 1微米的局部平坦度(平均粗糙度， Ra)；一涂布于该金属层工作表面上的介电层；及一沉积于该介电层上的导热绝缘层，其中 该多层基板在该金属层与该导热绝缘层之间横跨整个工作表面，具有一至少IO7欧姆的最 小电阻率，另外，尽管有多种金属基板可被使用，但在一方面中，该金属层包括一选铝、铜及 其组合中的材料。介电层及导热绝缘层的厚度可为达到低漏电流且具有高热传导性质的任何适当 厚度，然而，在一方面中，介电层具有小于工作表面的局部平坦度的厚度，在另一方面中，导 热绝缘层具有小于工作表面的局部平坦度的厚度，又在另一方面中，导热绝缘层及介电层 的加总厚度大于工作表面的局部平坦度。此外，有许多材料可作为介电层的构造，举例而言，在一方面中，介电层可包括氧 化物、氮化物、碳化物或其组合，作为一特定实施例，介电层可包括氧化铝(Al2O3)、氮化铝 (A1N)、碳化钛(TiC)或其组合，在另一特定实施例中，该金属层为铝，且将该金属层一部分 氧化而成的氧化铝以形成该介电层。类似地，有许多种料可被用作为导热绝缘层的构造，应注意，任何材料若具有优于 介电层热传导性质，同时可提供介电层与其上任何电子组件之间的电绝缘，应视为在本发 明范畴内，然而，在一方面中，导热绝缘层可包括类钻碳、氮化铝、氮化硼(BN)或其组合，在 一特定方面中，导热绝缘层为类钻碳，在另一特定方面中，类钻碳层大致上以Sp3组态键结， 在又一特定方面中，类钻碳层大致上以氢封端(Hydrogen Terminated)，在又一特定方面 中，类钻碳层大致上以SP3组态键结且大致上以氢封端。本发明另外提供一种将金属层与电子组件之间的漏电流降到最为小，并可提供良 好的热传导性质的方法。此方法可包括将一介电层涂覆至一金属层，其中该金属层具有至 少0. 1微米的一局部平坦度，且该介电层具有一小于该金属层的该局部平坦度的厚度，及 将一类钻碳层涂覆至该介电层，其中该类钻碳层具有一小于该金属层的该局部平坦度的厚 度，其中该介电层及该类钻碳层的加总厚度大于该金属层的该局部平坦度，且其中该加总 厚度的大小足以使漏电流降到最小。由此，本发明的各种特征已广泛地概述，以便能好的理解下文所描述的本发明实 施方式，且可以更了解本发明对此项技术的贡献，根据以下本发明的实施方式及申请文件， 本发明的其他特征将更加清楚，也可通过实施本发明得以了解。
图1为一背景技术电子基板的侧面剖视图。图2为根据本发明的一具体实例的电子基板的侧面剖视图。图3为一背景技术电子基板的侧面剖视图。图4为根据本发明的一具体实例的电子基板的侧面剖视图。
具体实施例方式以下配合图式及本发明的优选实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所 采取的技术手段。
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定义在描述及主张本发明的过程中，将根据下文阐述的定义使用以下术语。除非上下文清楚地另有明确说明，否则单数形式“一”及“该”包括复数的用法，举 例而言，提及“一(种)掺杂剂”包括提及一或多种这样的掺杂剂，而提及“该钻石层”包括 提及一或多个这样的钻石层。如本文中所用的“经气相沉积”指使用气相沉积技术形成的材料，“气相沉积”指一 种经由气相在一基板上形成或沉积材料的方法，气相沉积方法可包括任何但不限于以下的 方法化学气相沉积(CVD)及物理气相沉积(PVD)，可通过本领域技术人员对各气相沉积方 法做出多种变化，气相沉积法的实施例包括热丝CVD、射频CVD、激光CVD(LCVD)、激光切除、 保形钻石涂布制造方法、金属有机CVD (MOCVD)、溅镀、热蒸镀PVD、离子化金属PVD (IMPVD)、 电子束PVD (EBPVD)、反应性PVD及其类似方法。如本文中所用的“化学气相沉积”或“CVD”，指以蒸气形式在一表面上以化学方法 形成或沉积钻石颗粒的任何方法，此技术领域中有各种已知的CVD技术。如本文中所用的“物理气相沉积”或“PVD”，指以蒸气形式在一表面上以物理方法 形成或沉积钻石颗粒的任何方法，此技术领域中有各种已知的PVD技术。如本文中所用的“钻石”，指一种在晶格中，碳原子以sp3键结至其他碳原子的四 面体配位结晶结构，具体而言，每一碳原子由四个其他碳原子环绕，且键结至该四个其他碳 原子，该四个其他碳原子各位于一正四面体的顶点上，此外，在周围温度条件下，任何两个 碳原子之间的键结长度为1. 54埃，且任何两个键结之间的角度为109度、28分及16秒，但 实验结果可稍有变化，钻石的结构及其物理及电学特性在此项技术中为熟知的。如本文中所用的“扭曲的四面体配位”，指具不规则或已偏离如上述钻石正四面体 结构的碳原子四面体键结结构，此扭曲通常会使一些键结变长及其他键结缩短，而且使这 些键结之间的键角发生变化，另外，四面体的扭曲可改变碳原子的特征及性质，使该种结构 的特征介于以Sp3组态键结的碳(也就是，钻石)与以SP2组态键结的碳(也就是，石墨) 的特征之间，无晶钻石为具有以此扭曲的四面体键结方式而键结的碳原子的一种实施例。如本文中所用的“类钻碳”，指一种以碳原子作为主要元素的含碳材料，且其中大 部分的这些碳原子以扭曲的四面体配位键结，类钻碳(DLC)典型地可通过PVD形成，但也可 使用CVD或其他方法，例如气相沉积法，值得注意的是，类钻碳中可包括多种其他元素以作 为杂质或掺杂剂，这些其他元素包括但不限于氢、硫、磷、硼、氮、硅、钨等。如本文中所用的“无晶钻石”，指一种以碳原子作为主要元素，且其中一大部分的 这些碳原子以扭曲四面体配位键结成类钻碳，在一方面中，无晶钻石中的含碳量可为至少 约90%，其中至少约20%的碳原子以扭曲四面体配位键结，无晶钻石亦具有高于钻石的原 子密度(176个原子/立方公分)，此外，无晶钻石及钻石材料在熔融后会收缩。术语“热传递”、“热运动”及“热传输”可互换使用，且指热自较高温度区域传送至 较低温度区域的移动，热量的移动意指包括本领域技术人员已知的任何热传输机制，例如 但不限于传导、对流、辐射等。如本文中所用的术语“发射”，指热或光自固体材料移动至空气中的过程。如本文中所用的术语“平坦”及“平坦度”，用以指在全面及局部意义上的基板平坦 度，全面平坦度定义为整块基板上存在的曲折量，局部平坦度指基板的粗糙度，常常被称为
6Ra,因此，“Ra”指通过凸部与其相邻凹部的高度差，决定表面粗糙度的量测值。如本文中所用的“基板”，指在形成电子组件或装置的过程中用以接合各种材料的 支撑表面，基板可为所需的任何形状、厚度或材料以便达成一特定结果，且包括但不限于金 属、合金、陶瓷及其混合物，此外，在一些方面中，基板可为现有的半导体装置或晶圆，或可 为能够被接合至适合装置的材料。如本文中所用的术语“大致上”，指某一作用、特征、性质、状态、结构、项目或结果 的完全或几乎完全的程度，举例而言，一“大致上”封闭的物件，意谓该物件被完全封闭或几 乎完全封闭，在一些情况下，偏离绝对完全的确切容许程度可取决于特定情形而定，然而， 一般而言，接近完全将具有与获得绝对及全面时相同的总体结果，在用于否定涵义时，“大 致上”的使用同样适用于指完全或几乎完全缺乏一作用、特征、性质、状态、结构、项目或结 果，举例而言，一“大致上不含”颗粒的组合物，将完全无颗粒，或几乎完全无颗粒，以致于产 生的效应与完全无颗粒的效应相同，换言之，一“大致上不含”某一成分或元素的组合物，实 际上仍可含有此项目，只要不存在具有影响的效应即可。如本文中所用的术语“约”用以提供数值范围临界值些许弹性，使该指定值可略高 于或略低于临界值。出于便利起见，如本文中所用的多个项目、结构元素、组成元素及/或材料可以共 同列举描述，然而，这些共同列举应解释为如同将列举中的每个个体个别地识为独立且唯 一的，因此，在无相反指示的情况下，此列举中的个体不应解释为实际上等同于在列举中的 其他个体。浓度、量及其他数值资料在本文中可以范围形式表示或呈现，应理解，此范围形式 仅出于便利及简短的目的使用，因此应灵活地解释成不仅包括明确列为该范围界限的数 值，而且包括涵盖于该范围内的所有个别数值或子范围，如同明确列出每一数值及子范围 一般举例而言，“约1至约5”的数值范围应被解释成不仅包括明确列出约1至约5的的值， 而且包括所指示的范围内的个别值及子范围，因此，包括于此数值范围中的例如2、3及4的 个别值及例如自1至3、自2至4及自3至5等的子范围，以及个别1、2、3、4及5。此相同原理适用于仅列出最小值或最大值的一个数值范围，此外，不管所述范围 或特征为何，此解释均应适用。本发明本发明提供一用于支撑其上电子组件的基板结构，该基板结构具有良好的介电及 导热特性，许多具有良好导热特性的材料通常亦具有良好导电特性，因此，虽然由例如金属 的导电材料制成的支撑层可助于将热量自沉积于其上的电子组件去除，但这些材料亦会引 起电路或漏电流，因而减少电子组件的效能，为了将此漏电流降到最小，于金属支撑层与电 子组件之间可沉积一绝缘层，然而，由于许多绝缘材料的本质上即不具有良好的热传导性 质，此做法不甚理想，换句话说，一厚绝缘层不能有效地将热转移至下层的金属支撑层，一 薄绝缘层虽然可改善电子组件至金属支撑层的热转移，但是，薄绝缘层容易具有易发生漏 电流的针孔及/或微小裂缝，进而限制绝缘层的功效，大多数市售金属支撑层例如铝的典 型粗糙表面使得针孔及微小裂缝的问题进一步恶化，另外，可使用例如环氧树脂作为第二 绝缘层来减少漏电流，然而，热传导性将亦会减少且环氧树脂涂层易受环境影响而裂解，特 别是在户外环境使用的情况下。
本发明人发明一具有高热传导性质的复合结构，即使未能完全消除漏电流，其已 可大大地减少漏电流，如图1所示，介电层12可沉积于金属层14上，以对提供金属层14电 绝缘，金属层14的下表面粗糙度可限制介电层的厚度的高点16或自介电层突出的高点18， 此表面粗糙度可为金属层局部平坦度的结果，或其可为金属14表面上的杂质造成的结果， 沉积于介电层12上的电子组件20(例如，电迹线)易在例如这些突起位置短路，因而引起 漏电流及减少此装置的效能，为了解决介电层12的较薄处的问题可增加介电层12的厚度 以可减少漏电流，然而，此增加的厚度为减少装置散热量的主因，如图2所示，导热绝缘层 22可沉积于介电层12上，以改进介电层12的绝缘特性，而同时改善热传输效率，此导热绝 缘层22特别被用在填充介电层12的薄点区域以减少或防止漏电流，而同时改进装置的热 发射，应注意的是，自介电层突出的金属层的部分18，会与导热绝缘层22接触。可引起漏电流的另一情形包括介电层12中的微小裂缝及/或针孔24，如图3所 示，此等微小裂缝及针孔24可延伸穿过介电层12—直至金属层14，或在一些状况下，仅有 较短的延伸，但足以使金属层14与电子组件20之间产生漏电流，如图4所示，导热绝缘层 22可涂覆至介电层12，以填充至微小裂缝及/或针孔24中，由此消除潜在漏电流。因而，在一方面中，提供一种具有良好热传导性质及介电特性的多层基板，此基板 可包括一具有一工作表面的金属层14、一涂布于该金属层14工作表面上的介电层12，及一 沉积于该介电层12上的导热绝缘层22，其中该工作表面具有一大于约0. 1微米的局部平坦 度，该多层基板在该金属层14与该导热绝缘层22之间横跨整个工作表面，具有至少IO7欧 姆的一最小电阻率，换言之，在横跨该基板表面任何定点，该金属层14与该导热绝缘层22 之间的电阻率大于或等于5 X IO6欧姆，在另一方面中，在该金属层14与该导热绝缘层22之 间横跨整个工作表面的最小电阻率为至少1 X IO6欧姆，因此，一复合导热绝缘层22可大大 地减少金属层14与其上电子组件20之间的崩溃电压及随之而来的漏电流，而同时促进良 好的热传输，因此增强装置的散热效能。许多金属材料可被用以作为本发明的金属层14，金属材料的选择取决于装置的用 途及组态、待使用导热绝缘层22的类型，以及与介电层12的相容性，使用金属层14作为基 板材料之一原因在于许多金属材料具有良好的热传导性质，适合用作金属层14的材料包 括但不限制于铝、铜及其合金及混合物，因而，虽然可使用铜及铝金属，但本发明范畴除了 合金之外，亦包括例如铜上轧铝膜、铝上镀铜及其类似者的复合物。本发明的介电层12可选用许多种材料，材料的选择依以下各种因素而定所使用 金属层14的类型、导热绝缘层22的本质，及电子装置的本质及预期用途。举例而言，在一 方面中，介电层12可为氧化物、氮化物、碳化物或其组合，氧化物的特定但非限制实施例包 括氧化铝、氮化铝、碳化硅(SiC)及其类似者；在一特定实例中，介电层12可为例如氧化铝 的氧化物，若该金属层14为铝，则一用于沉积或形成一氧化物层的便利方法包括将该铝金 属氧化以形成具有足够厚度的氧化铝；氮化物的特定非限制实例包括氮化铝(AlN)、氮化 硼BN、氮化硅(Si3N4)及其类似者。在一特定实施例中，介电层12可为例如氮化铝的氮化 物。碳化物的特定非限制实施例包括碳化钛、碳化硅、氢化碳化硅(SiC:H)及其类似者；在 一特定实例中，介电层12可为例如碳化钛的碳化物。该介电层12用以覆盖足够金属层14表面，以使得漏电流被最小化或消除。在一些 方面中，此将包括涂布金属层14的整个表面；而在其他方面中，仅涂布一部分表面。另外，对于一些应用，为了得到优选功效，可将介电层12涂布于金属层14的多个侧面上。此组态 尤其适用于当会产生热量的电子组件20分别位于这些金属层14的多个侧面上的情况；此 组态将会产生热的金属层14的所有侧面达成介电绝缘及散热。另外，不论电子组件20是 否位于金属层14的这些侧面上，使用特定制造方法将介电层12附着至金属层14的多个或 所有侧面是有帮助。举例而言，若一铝金属层使用一浸没制造方法氧化或阳极氧化，由于此 方法可将整个金属层浸没于氧化组合物中，因此可简单地氧化金属层的多个侧面。介电层12的厚度应足以提供金属层14绝缘特性，然而又足够薄以允许热能有效 地热传输至导热绝缘层22。举例而言，在一方面中，介电层12的厚度可小于约1微米；在另 一方面中，介电层12的厚度可小于约500纳米；又在一方面中，介电层12的厚度可小于约 250纳米；又在一方面中，介电层12的厚度可小于约100纳米；又在一方面中，介电层12的 厚度可小于约50纳米，在另一方面中，介电层12的厚度可为约1微米至约50微米；又在一 方面中，介电层12可为约10微米至约30微米。此外，介电层12的厚度可以金属层14的 局部平坦度表达。举例而言，在一方面中，介电层12具有小于工作表面的局部平坦度的厚 度；在另一方面中，厚度可比局部平坦度小约5% (也就是，为Ra的高度的95% )，在又一 方面中，厚度可比局部Ra小约10% ；在另一方面中，厚度可比局部Ra小超过20% ；又在一 方面中，该层的厚度可比局部Ra小超过50% ；在一额外方面中，介电层的厚度可比局部Ra 小约50%至约80% (也就是，为Ra的高度的约20%至50% )。导热绝缘层22的材料应为具有电绝缘且可提供导热特性。因此，此导热绝缘层22 是用以增强介电层12的绝缘特性，尤其在介电层12较薄的区域中补强介电层12的绝缘特 性，而不会对来自装置的热的转移产生的显著热障壁。有许多种材料可被使用，只要满足以 上条件，且该材料可被涂布于介电层12上。举例而言，在一方面中，导热绝缘层22可包括 例如类钻碳、氮化铝、氮化硼及其类似者(包括其组合)的材料。在一特定方面中，导热绝缘层22为类钻碳，类钻碳材料视其本自身的组态而定， 可具有电绝缘及导热特性。举例而言，类钻碳材料所具有的SP3含量愈多，类钻碳层的介电 特性及热传导愈大。因而，电绝缘类钻碳材料应具有最小SP2含量，以使电绝缘及热传导特 性达到最佳化。另外，氢封端类钻碳材料具有较大介电特性，但会降低热传导性质，因此，欲 得到具有最佳介电及热传导特性的类钻碳材料，需在SP3键结与氢封端之间取得平衡。因 此，根据本发明的方面，多种形式的类钻碳材料可被用作导热绝缘层22 ；举例而言，在一方 面中，类钻碳层大致上以Sp3组态键结；在另一方面中，类钻碳层大致上以氢封端(Hydrogen Terminated) 0在又一方面中，类钻碳层大致上以sp3组态键结且大致上以氢封端。介电层12与导热绝缘层22材料间的相互作用为选择适当材料的考量。因此，通过 选择可与彼此相容的材料，可促进该等层之间的粘着。然而，在一些状况下，可利用该介电 层12与该导热绝缘层22间的中间层来促进或加强此相互作用。许多材料可作为中间层， 且视介电层12及导热绝缘层22的材料本质而选用不同的中间层材料。举例而言，在一方 面中，中间层可由碳化物形成元素，此碳化物形成元素尤其适用于促进类钻碳沉积至各种 介电材料上。导热绝缘层22的厚度应足以使易产生漏电流的介电层12的较薄的区域绝缘。举 例而言，在一方面中，导热绝缘层22的厚度可小于约1微米；在另一方面中，导热绝缘层22 的厚度可小于约500纳米；又在一方面中，导热绝缘层22的厚度可小于约250纳米；又在一方面中，导热绝缘层22的厚度可小于约100纳米；又在一方面中，导热绝缘层22的厚度 可小于约50纳米；在另一方面中，导热绝缘层22的厚度可为约1微米至约5微米，此外，导 热绝缘层22的厚度可依据金属层14的局部平坦度表达。举例而言，在一方面中，导热绝缘 层22具有小于工作表面的局部平坦度的厚度。在另一方面中，该厚度可比局部平坦度小约 5 % (也就是，为平坦度的高度的95 % )。在又一方面中，该厚度可比局部平坦度小约10 %。 在另一方面中，厚度可比局部平坦度小超过20 %。在又一方面中，该层的厚度可比局部平坦 度小超过50 %。在一额外方面中，导热绝缘层的厚度可比局部平坦度小约50 %至约80 % (也就是，为平坦度的高度的约20%至50% )。此外，介电层12及导热绝缘层22两者的加总厚度可以金属层14的局部平坦度表 达。举例而言，在一方面中，导热绝缘层22及介电层12的加总厚度大于工作表面的局部平 坦度。在另一方面中，该加总厚度可比局部平坦度大至少约10% (也就是，为平坦度的高度 的110%)。在又一方面中，该加总厚度可比局部平坦度大约10%至约500%。在又一方面 中，该加总厚度可比局部平坦度大约20%、30%、40%、50%或100%。在一额外方面中，该 加总厚度可比局部平坦度大约80%至约400%。回到类钻碳层，钻石材料具有卓越热传导特性，这些特性使得类钻碳层适合与电 子装置整合成一体，存在于电子装置中的热量可因此经由例如类钻碳的钻石材料加速转 移。应注意，本发明并不限于特定热传输理论。因而，在一方面中，自装置内部的热加速移 动可至少部分归因于热量进入或经过类钻碳层，由于钻石的导热特性，热可经由类钻碳层 快速地横向扩散，存在于装置的边缘周围的热将更快速地消散至空气或至例如均热器或装 置支撑件的周围结构中。另外，类钻碳层与半导体装置结合后有一部分表面暴露在空气中， 因此类钻碳层可更快速地消散来自这些装置的热，因为钻石的热传导性质优于其被热耦合 的电子装置或其他结构中材料的热传导性质，所以可通过该类钻碳层作为热沉或散热器。 因此，在该装置中累积的热量被引入至类钻碳层中，且热量横向扩散自该装置散出。如此热 量的加速转移，可使电子装置具有非常低的工作温度。另外，加速热转移不仅可冷却电子装 置，而且可减少许多相关联电子组件20上的热负载。应理解，以下关于钻石沉积技术为一般论述，其有可能或不可能适用在特定层或 特定应用中，且这些技术可在本发明的各种方面之间广泛地变化。一般而言，钻石层可通过 包括各种气相沉积技术的任何已知方法形成，许多已知气相沉积技术可用以形成这些钻石 层，最常用的气相沉积技术包括化学气相沉积法及物理气相沉积法，但若欲获得类似特性 及结果则可使用任何类似方法。在一方面中，可利用例如热丝、微波等离子体、氧乙炔焰、射 频CVD、激光CVD(LCVD)、金属有机CVD(MOCVD)、激光切除、保形钻石涂布制造方法及直流电 弧技术的CVD技术。典型CVD技术使用气体反应物来使钻石或类钻石材料沉积成一层或膜， 此等气体一般包括稀释于氢气中的少量(也就是，小于约5% )含碳源材料，例如会被氢气 所稀释的甲烷，本领域技术人员熟知各种特定CVD制造方法，包括设备及条件，以及用于氮 化硼层的设备及条件，在另一方面中，可利用例如溅镀、阴极电弧及热蒸镀的PVD技术。此 外，可使用特定沉积条件以便调整待沉积的材料的实际类型，其为类钻碳、无晶钻石抑或纯 钻石。如已描述的，可在介电层14上形成适当的成核增强层，以便改进类钻碳层的品质 及沉积时间，具体而言，欲形成类钻碳，可通过将适当的核，例如钻石核，沉积于介电层14上，接着使用气相沉积技术使核成长成一薄膜或层。在本发明的一方面中，可将一薄的成核 增强层涂布于该介电层14上，以增强类钻碳层的成长，接着将钻石核置放于该成核增强层 上，经由可作为沉积技术的CVD或PVD方法进行钻石层成长。本领域技术人员可识别出能作为成核增强物的各种适当材料，在本发明的一方面 中，成核增强物可为选自由一种由金属、金属合金、金属化合物、碳化物、碳化物形成元素及 其混合物的材料中。碳化物形成元素的实施例可包括但不限于钨(W)、钽(Ta)、钛(Ti)、锆 (&)、铬(Cr)、钼(Mo)、硅(Si)及锰(Mn)，另外，碳化物的实施例包括碳化钨(WC)、碳化硅、 碳化钛、碳化锆(&C)及其混合物。成核增强层足够薄，使得在使用时不会对类钻碳层的热传输特性造成负面影响。 在一方面中，成核增强层的厚度可小于约0. 1微米。在另一方面中，厚度可小于约10纳米。 在又一方面中，成核增强层的厚度小于约5纳米。在本发明的又一方面中，成核增强层的厚 度小于约3纳米。利用许多不同的方法，可以增加通过各种沉积技术生成于类钻碳层其成核表面中 的钻石品质。举例而言，钻石颗粒品质可通过减少甲烷流动速率，且增加钻石沉积前期期间 的总气压来提高，这些措施可减少碳的分解速率，且提高氢原子的浓度，因此，较高百分比 的碳将以sp3键结结构沉积，且所形成的钻石核(及因而产生的类钻碳层)的品质得以提 高。另外，可增加沉积于介电层或成核增强层上钻石颗粒的成核速率，以降低钻石颗粒之间 的间隙大小，用以增加成核速率的方法的实施例包括但不限于将一适当量(通常为约100 伏特)的负偏压施加至成长表面，使用可部分保留于成长表面上的精细钻石膏或粉末抛光 成长表面，及例如通过碳、硅、铬、锰、钛、钒、锆、钨、钼、钽及其类似者的离子植入，或通过使 用PVD或PECVD等方法控制成长表面的组成，PVD制造方法通常可在比CVD制造方法低的 温度下进行，且在一些状况下，可低于约20(TC，例如约150°C，提高钻石成核的其他方法可 为本领域技术人员所了解。在本发明的一方面中，类钻碳层可形成为一保形钻石层，保形钻石涂布制造方法 可提供优于传统钻石膜制造方法的好处，保形钻石涂布法可在包括非平坦基板的各种基板 进行，在无偏压的情况下，可在钻石成长条件下预处理成长表面以形成一碳膜，钻石成长条 件可为传统钻石CVD沉积条件在无施加偏压的情况下的条件，可形成典型小于约100埃的 薄碳膜。预处理步骤可在例如约20(TC至约90(TC之间，几乎任何成长温度下执行，但低于 约500°C较好。在未限制于任何特定理论的情况下，薄碳膜可在较短时间内(例如，小于一 小时)形成，且为具氢封端的非晶质碳。在形成薄碳膜之后，接着成长表面可经钻石成长条件以形成一保形钻石层，钻石 成长条件可为常用于传统CVD钻石成长的条件。然而，不同于传统钻石膜成长，使用以上预 处理步骤制造的保形钻石膜，大致不需孕核时间，保形钻石膜即可在整个成长表面开始成 长。另外，例如一大致上无晶界的连续膜可在约80纳米的成长内，与具有晶界的层相比大 致上无晶界的钻石层，可更有效地移动热量。所得电子基板可用于任何适用的应用，这些装置的一般实施例可包括LED、激光二 极管、p-n接合装置、p-i-n接合装置、SAff及BAW滤波器、电子电路、晶体管、CPU及其类似 者，另外，本发明中所描述的基板可使某些装置易遭受环境损害的问题改善，作为一实例， LED街灯的优点为具有低功率消耗及可长时间使用。然而，在许多状况下，电子基板在室外环境使用下容易出现故障，本发明的电子基板，尤其系以类钻碳材料作为导热绝缘层的这 些具体实施例，在这些等环境中较耐用。范例以下范例说明是根据本发明的方面制造电子基板的各种技术。然而，应理解，下文 仅为本发明的原理的应用的例示或说明，本领域技术人员可在不脱离本发明的精神及范畴 的情况下，设计出许多修改及替代组合物、方法及系统，申请专利保护范围意欲涵盖此等修 改及配置，因此，虽然在上文中已详细地描述本发明，但以下范例结合本发明的若干特定具 体实例可提供进一步细节。范例 1在电解质中阳极氧化一铝金属板以将其表面氧化成约20微米的厚度，接着以硅 碳氢作为中间层沉积于所形成的氧化铝上，再通过RFCVD以2微米厚的氢封端类钻碳层涂 布，将铬涂层涂覆于类钻碳层上方作为碳化物形成元素，且通过将铜以电镀的方式沉积至 铬层上，接着蚀刻部分铜层以形成用于附着在LED上的电路。以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽 然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在 不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出一些更动或修饰为等 同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以 上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
1权利要求
一种具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于，该多层基板包含一具有一工作表面的金属层，该工作表面具有一大于约0.1微米的局部平坦度；一涂布于该金属层的该工作表面上的介电层；及一沉积于该介电层上的导热绝缘层，其中该多层基板在该金属层与该导热绝缘层之间横跨整个工作表面，具有一至少1×106欧姆的最小电阻率。
2.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该金属 层包括一选自铝、铜及其组合的材料。
3.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该介电 层具有一小于该工作表面的该局部平坦度的厚度。
4.根据权利要求3所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该导热 绝缘层具有一小于该工作表面的该局部平坦度的厚度。
5.根据权利要求4所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该导热 绝缘层及该介电层的加总厚度大于该工作表面的该局部平坦度。
6.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该介电 层包括一选自氧化物、氮化物、碳化物及其组合中的材料。
7.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该介电 层包括一选自氧化铝、氮化铝、碳化钛及其组合的其中一种的材料。
8.根据权利要求2所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该金属 层为铝，且该金属层的一部分氧化成氧化铝以作为介电层。
9.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该导热 绝缘层包括一由类钻碳、氮化铝、氮化硼及其组合的其中一种构成的材料。
10.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该导 热绝缘层为类钻碳。
11.根据权利要求10所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该类 钻碳层大致上以一 SP3组态键结。
12.根据权利要求10所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该类 钻碳层中的至少50%的碳以Sp3组态键结。
13.根据权利要求10所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该类 钻碳层大致上以氢封端。
14.根据权利要求10所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该类 钻碳层大致上以SP3组态键结且实质上以氢封端。
15.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该金 属层的该工作表面具有一大于约0. 3微米的局部平坦度。
16.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该金 属层与该导热绝缘层之间横跨整个工作表面的最小电阻率至少为IXlO6欧姆。
17.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该金 属层足够粗糙以使得一部分突出穿过该介电层且接触该导热绝缘层。
18.根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其特征在于该介 电层与该导热绝缘层之间沉积一碳化物形成元素。
19.一种将金属层与电子组件之间的漏电流最小化并提供良好的热传导性质的方法， 其特征在于，该方法包含将一介电层涂覆至一金属层，其中该金属层具有至少0. 1微米的一局部平坦度，且该 介电层具有一小于该金属层的该局部平坦度的厚度；及将一类钻碳层涂覆至该介电层，其中该类钻碳层具有一小于该金属层的该局部平坦度 的厚度，其中该介电层及该类钻碳层的加总厚度大于该金属层的该局部平坦度，且其中该 加总厚度足以将漏电流降到最小。
20.一种发光二极管装置，其特征在于，该发光二极管装置包含根据权利要求1所述的具有低漏电流和高热传导性的多层基板，其中该多层基板包括 电互连件；及一发光二极管，其耦合至该多层基板且电耦合至这些电互连件。
全文摘要
本发明提供一种具有低漏电流和高热传导性的多层基板及其相关方法。举例而言，在一方面中，一种具有良好热传导性质及介电特性的多层基板可包括一具有一工作表面的金属层，该工作表面具有一大于约0.1微米的局部平坦度(Ra)，一涂布于该金属层工作表面上的介电层，及一沉积于该介电层上的导热绝缘层，其中该多层基板在该金属层与该导热绝缘层之间横跨整个工作表面，具有一至少为1×106欧姆的最小电阻率。
文档编号H01L23/373GK101964336SQ20101023617
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月23日
发明者宋健民, 甘明吉, 胡绍中 申请人:宋健民