热管理电路材料、其制造方法以及由其形成的制品的制作方法_4

文档序号:9925439阅读:来源:国知局
其中所述含金属的芯元件是通过用包含金属颗粒和有机树脂的金属膏填充通孔通路而制成,如本领域技术人员所理解的。因此,可以在镀覆导电金属层之后、之前、或同时填充通孔通路。第一金属氧化物介电层、第二金属氧化物介电层、和/或通孔通路中的介电层可以涂覆有粘合改进材料,具体地在形成金属氧化物介电层之后并且在于金属氧化物介电层的表面之上施加铜之前。例如,可以将金属籽晶层涂覆在金属氧化物层的表面上,以促进后续所施加的导电金属的粘合或者启动后续所施加的导电金属的镀覆来形成导电金属层。在一个实施方案中,金属籽晶层为溅射层,该溅射层包含厚度为100纳米至150纳米的钛(Ti)、接着为I微米至2微米厚的铜(Cu)0
[0059]在一个实施方案中,制造电路材料的方法还可以包括:在形成金属氧化物介电层以及任选地涂覆有粘合增强材料之后、但在镀覆或以其他方式施加铜之前,向经涂覆或未经涂覆的金属氧化物介电层施加抗蚀剂涂层,使抗蚀剂曝光并且对抗蚀剂进行显影。因此,在金属氧化物介电层的表面上镀覆铜之后,可以剥离抗蚀剂以产生图案化导电金属层。或者,可以镀覆铜或其他金属而不对其图案化,然后通过印刷和蚀刻铜来选择性地进行图案化。然而,附加镀覆可以更为成本有效。
[0060]在介电层的表面上溅射任选的金属籽晶层以提高后续铜层的粘合性的情况下,可以在金属氧化物介电层的表面上镀覆铜并且进行图案化之后,去除(例如,通过蚀刻)金属籽晶层。
[0061]在一个实施方案中,制造电路材料的方法包括:在形成金属氧化物介电层之后,用金属籽晶层涂覆所述金属氧化物介电层;并且在施加导电金属层之前,向经涂覆的金属氧化物介电层施加抗蚀剂涂层;使抗蚀剂曝光;对抗蚀剂进行显影;在金属氧化物介电层的其中抗蚀剂已被显影的区域之上镀覆导电金属层;剥离该抗蚀剂;以及从未被镀覆导电金属层的区域去除金属籽晶层。在一个替代实施方案中,可以用金属膏(例如,铜膏)填充通孔通路,并且对金属芯基底的相反侧上的导电金属层进行丝网印刷。所述方法还可以包括用另一金属(例如,银)镀覆铜层的表面以保护铜不被氧化并且提供改进的钎焊性。随后,在金属氧化物介电层的表面上镀覆一种或更多种金属之后,可以施加钎焊终止层,如本领域技术人员将理解的。
[0062]所述方法还可以包括:在金属氧化物介电层的表面上镀覆铜之后,将电路材料分成多个单独的面板,各个面板为约4.5英寸X 4.5英寸(或者每一尺寸的偏差在50 %以内、具体地在30%以内、更具体地在10%以内),如单独的LED单元或封装件的标准尺寸。
[0063]所述方法还可以包括:在经绝缘的金属芯基底的表面上镀覆铜之后,在电路材料的表面上安装电子器件以提供包括电子器件的产品单元。在一个实施方案中,电子器件可以是HBLED,如以下进一步所讨论的。
[0064]在一个更具体的实施方案中,制造电路材料的方法可以包括:提供导热的金属芯基底;在该金属芯基底中钻出或以其他方式形成至少一个通孔通路;通过至少使该金属芯基底的金属氧化转变成金属氧化物而在该金属芯基底的相反侧上以及在所述通路中形成金属氧化物介电层;任选地用无机粘合改进材料涂覆所述金属氧化物介电层,其中所述方法还包括对导电金属层进行图案化。具体地,在一个实施方案中,可以通过向经籽晶层涂覆的金属氧化物介电层施加抗蚀剂涂层来对导电金属层进行图案化,然后,在对抗蚀剂进行曝光及显影之后,在金属氧化物介电层的表面之上镀覆铜,剥离该抗蚀剂,然后从金属氧化物介电层的未经镀覆的区域蚀刻掉或以其他方式去除无机粘合改进材料(例如,经溅射涂覆的金属籽晶层)。
[0065]因此,在用包含经溅射镀覆的金属籽晶层的无机粘合改进层涂覆金属氧化物介电层以促进铜对于介电层的粘合性的情况下,可以随后从金属氧化物介电层的未经镀覆的区域去除金属轩晶层,以防止短路。
[0066]可以通过在样品上测量多个点处的介电击穿电压来确定金属氧化物介电层的(并因此电路材料的)介电强度,所述测量是通过跨经与介电材料的表面以及内芯金属中任一者紧密接触的两个电极之间施加电压而进行的,使得所述电极间隔一段距离,所述距离等于在测量点处的金属氧化物介电层的厚度,其中可以经由侧面或者通过去除金属氧化物层的一部分来实现电极在介电层下方的接通。跨经电极布置直流电势,且随着电压增大而测量对于电压流的电阻。电流开始在所述电极之间流动时的电压被称为介电击穿电压,并且以伏/密耳厚度(V/mil)或V/mm为单元来度量。不同的介电击穿电压与不同的构造材料相关联,并且可以根据介电层的组成(包括导热金属的金属)、将表面部分转变成介电层的工艺、以及其他组成或处理因素而改变。厚度均匀性也可以影响介电击穿电压,并且较薄的区域显示出较低的介电击穿电压。然而,在任何情况下,连续且有效的覆盖率在必要时对于防止短路来说是重要的。
[0067]在一个实施方案中,可以向制造者供应电路材料以附接至表面,从而提供使热从电子器件(例如,半导体器件)进一步消散的路径。这样的表面的实例包括散热片等的表面。可以使用任意适合的方法以将热管理电路材料或源自热管理电路材料的电路附接至所述表面。在一个实施方案中,可以使用合适的导热层或处理(例如,导热粘合剂)将热管理电路材料附接至表面。这样的导热粘合剂在使用时可以是导电、半导体或非导电的。
[0068]在一个实施方案中,可以将电路材料附接至显著厚于金属芯基底层并且包括高热导率金属的导热散热片等。具有这样的特性的合适的金属包括:铝、铜、铝覆铜等;或者工程化热材料(例如,AlSiC、Cu/Mo合金等)。这样的导热散热片可以包括单个层、单一材料的多个层、或者包含两种或更多种不同材料的多个层。散热片可以具有单一均匀厚度,或者可以具有可变的厚度。导热基体层可以包括例如冷却片、管等特征,或者具有钻透散热片的管,冷却剂可以穿过所述管以进一步增大热传递。
[0069]在又一实施方案中,可以在图案化导电层或电路上以适当方式设置至少一个附加层以形成多层电路,所述至少一个附加层包括介电层、结合叠层、导电金属层、电路层、或包括前述中的至少之一的组合。
[0070]本文中所述的电路材料尤其在高温下可以具有优异的特性,例如良好的尺寸稳定性以及增强的可靠性(例如,经镀覆的通孔可靠性)、以及优异的铜(金属)剥离强度。
[0071]在一个实施方案中,电路材料(具体为金属氧化物介电层)在高于或等于150°C、具体地高于或等于400°C、更具体地500°C或更高的温度下热稳定。尤其在与高功率型固态器件组合使用时,电路材料可以具有可耐受暴露于例如钎焊、铜焊、和焊接等加工操作期间所经受的温度的热特性。可以经受在惰性气氛或氢气氛中约400°C的温度。通常,钎焊操作为约200 °C的较低温度,而铜焊操作可以具有超过约425 0C的较高温度。可以通过利用金属(例如,镍、锌、或可以减少氧化物在铜表面上形成的其他合适金属)的镀覆来减少由于利用这些高温工艺而引起的铜氧化物的形成。
[0072]对于一些应用而言,介电涂层可以具有高的介电常数。例如,在电路材料用于RF或微波应用中时期望高的介电常数。具体地,在一个实施方案中,电路材料可以包括介电常数大于7、具体地大于7.5、更具体地为约8至12(例如,9至10)的介电涂层。
[0073]在一个实施方案中,介电材料或金属氧化物层具有大于或等于lW/m.K、具体地大于或等于5W/m.K、更具体地大于或等于10W/m.K的热导率。此外,在一个实施方案中,所得到的包含两个金属氧化物层和导热金属的电路材料具有大于或等于50W/m.K、具体地大于或等于120W/m.K的热导率。
[0074]金属氧化物介电材料可以具有大于或等于800伏/密耳厚度(或大于50KV/mm( KVmm—工))、具体地60KV/mm(KV mm—1)牵 110KV/mni(KV mm—工)的介电强度。
[0075]介电层的耗散因数在以IGHz至1GHz的频率测量时可以小于或等于约0.008。
[0076]期望介电材料的热膨胀系数(CTE)尽可能地低。除了热导率方面的其他有益效果之外,低CTE在高温度操作期间对利用介电材料制备的电路材料施加较小的应变,其中CTE与导电金属层以及导热基体层的CTE更紧密地匹配。所述层之间的CTE匹配有助于防止电路基底在操作期间因粘合故障而引起的破裂、分层以及故障。
[0077]在一个实施方案中,介电材料的CTE小于或等于50ppm/°C、具体地小于或等于25ppm/°C。此外,金属氧化物介电材料的CTE可以大于0ppm/°C、具体地大于或等于lppm/°C、更具体地大于或等于2ppm/°C。(相比之下,有机介电材料可以具有约25ppm/°C至约65ppm/°C的较高CTE,该CTE平均显著高于相邻金属层的CTE)。
[0078]具有金属氧化物介电层的电路材料可以对在印刷电路工艺中所经受的化学品表现出优异的抵抗力,以及对可能由切割、模塑、拉削、压印或折叠造成的机械故障表现出优异的抵抗力,所述机械故障可能引起一个或更多个层的损坏(例如,切割、裂开、破裂或刺穿)。电路材料的机械特性和电特性可以提供电底座,该电底座可以承受在后续组装期间以及在最终产品的功能操作期间所预期的加工条件。例如,电路材料可以承受对在印刷电路制造期间所经受的化学品的暴露,并且成品可以具有充足的机械耐用性以承受例如在LED制造中的安装技术及条件。
[0079]图1示出热管理电路材料的一个实施方案。参照图1,电路材料I包括:导热金属芯基底3;在金属芯基底3的第一基本上平坦侧上的第一金属氧化物介电层5;以及在导热金属芯基底的第二侧上的第二金属氧化物介电基底层7,所述第二侧与金属芯基底的第一侧相反。第一导电金属层9(在该实施方案中未被图案化)包括在第一氧化物金属氧化物介电层5上的导电金属(例如,铜)。第二导电金属层11被布置在第二金属氧化物介电层7上。
[0080]通孔通路13被填充(例如,被镀覆)有导电金属(其也可以是铜),从而在该通孔通路中同时形成含金属的芯元件15,含金属的芯元件15可以电连接第一导电金属层9与第二导电金属层11中的每一个的至少一部分,其中通孔通路13形成在导热金属芯基底(及其金属氧化物介电层)中(由导热金属芯基底(及其金属氧化物介电层)限定)并从其一侧延伸至另一侧。
[0081]因此,限定通孔通路的围阻壁覆盖有中间层或第三金属氧化物介电层17,所述中间层或第三金属氧化物介电层17将第一金属氧化物介
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