[發明專利]陶瓷/金屬復合結構及其制造方法

有效

• 申請號: 200710166784.5
• 申請日: 2007-11-19
• 公開（公告）號: CN101439984A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 段維新;楊聰仁
• 申請（專利權）人: 段維新
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 黃 健

技術領域

本發明涉及一種陶瓷/金屬復合結構及其制造方法，尤其涉及一種利用 氧化鋁層及銅層的結合所形成的復合結構以及其制造方法。

背景技術

電子零件在電子流動的情況下，皆會產生熱，而熱的產生會提升電阻， 阻礙電子的流動，繼而大幅影響電子零件的功能。在電子零件制造技術大 幅提升的現況下，電子零件中的線寬越來越小，線路密度卻越來越高，因 而使得電子零件所產生的熱也快速增加。以計算機的中央處理器(Central Processing?Unit，CPU)為例，Intel公司最早版本的Pentium只需搭配散熱功 率16W的封裝即可。但是，在2004年所生產的中央處理器的發熱量已達 84W，2006年所生產的中央處理器的發熱量更已達98W，若熱不能快速被 帶走，則計算機的中央處理器的溫度將快速增加，使計算機的中央處理器 不能正常運轉。因此，與計算機的中央處理器接觸的基板是否具有快速的 散熱能力，著實是主導計算機能否正常運轉的關鍵因素。

一般功率組件，如固體繼電器，也是類似于計算機的中央處理器，在 運作過程中產生高熱。因此，功率組件亦需要利用與其接觸的基板將熱快 速散去，方能正常運轉。

再以發光二極管(Light?Emitting?Diode，LED)為例，各種顏色的發光二 極管在近幾年陸續被開發出來，其中又以白光發光二極管的開發成功最為 重要。此乃因為白光發光二極管可作為照明燈具的光源，此種光源的路燈 用電量比水銀燈少75％，比高壓鈉燈少49％，故具有低耗能的優勢，為節 約能源的一項重要發展。然而，若以日常生活及車輛的頭燈為例，這些應 用皆須使用功率大于3W的白光發光二極管，這種大功率的白光發光二極 管也會放出高熱，但LED照明的最大問題在于LED不耐高熱，一般來說溫 度不能超過90℃，若超過此溫度，則亮度將快速下降，故與LED接觸的散 熱機構的快速散熱能力是發光二極管能否成為照明光源的最大挑戰，這也 說明了散熱基板的開發對發光二極管于照明方面的應用，具有舉足輕重的 關鍵地位。

為同時兼顧現今3C電子產品輕薄短小的設計要求，與以上這些計算機 的中央處理器、功率組件或發光二極管組件接觸的基板須同時符合以下四 個基本要求：

1.散熱方面的要求：此材料須具有高熱傳導系數，以達到快速散熱的 要求。

2.絕緣方面的要求：為避免高功率電子零件短路，此材料須具有高電 阻系數。

3.薄層化的要求：在滿足以上兩個基本要求后，此基板的厚度還應越 薄越好。

4.長時間使用的可靠度：這是因高功率電子零件在封裝后，高功率電 子零件會進行數以萬次的開-關(on-off)循環，而與高功率電子零件接觸的基 板會隨之瞬間升降溫數萬次。電子零件長時間使用后的可靠度是極重要的 要求，而這與陶瓷與金屬結合強度有絕對關系。

目前在電子零件的散熱機構方面，大量使用了散熱鰭片及熱管等機構， 再輔以風扇，以期能將高功率的電子零件所產生的熱快速帶走。但是，這 些散熱機構的厚度皆較大，因而阻礙了3C電子產品輕薄短小的設計要求。

經全面性的材料搜尋及評估，能符合以上第一個散熱的要求及成本考 慮下的最佳選擇為金屬材料，以銅為例，銅的熱傳導系數可達380W/mK。 而能符合以上第二個絕緣的要求選擇的材料則很多，絕大多數的有機材料 或陶瓷材料皆能符合此要求。為兼顧散熱的需求，并考慮長時間可靠度的 需求，以陶瓷材料為較佳的選擇。在陶瓷材料中能提供高導熱及絕緣的材 料有氧化鋁及氮化鋁，氧化鋁的熱傳導系數可達20-38W/mK，而氮化鋁的 熱傳導系數更可達40-200W/mK。陶瓷的熱傳導系數之所以有較大的范圍， 是因陶瓷的熱傳導系數受陶瓷的純度及燒結添加劑影響甚大。再者，氧化 鋁及氮化鋁的電阻系數皆高達10¹⁰Ωm以上，因此兩個陶瓷皆具有極佳的電 絕緣性。又，氧化鋁及氮化鋁還具有低介電常數(Dielectric?constant)及高介 電強度(Dielectric?strength)等優點，故常用在基板方面。