[發明專利]絕緣金屬基板及其制造方法

在審

• 申請號: 202110390304.3
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN114975292A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 游豐駿;羅凱威;利文峯;蔡茹宜
• 申請（專利權）人: 聚鼎科技股份有限公司
• 主分類號: H01L23/14
• 分類號: H01L23/14;H05K1/02
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷

本發明公開一種絕緣金屬基板及其制造方法。絕緣金屬基板包括一線路圖案層、一封裝層、一第一粘合層、一第二粘合層及一散熱元件。封裝層填滿線路圖案層的金屬線路之間的間隙，且封裝層的上表面與線路圖案層的上表面齊平。第一粘合層和第二粘合層設置在線路圖案層與散熱元件之間，第一粘合層與第二粘合層之間的粘著力大于80kg/cm²。

技術領域

本發明涉及一種絕緣金屬基板，特別是涉及適合使用在大功率應用的絕緣金屬基板。

背景技術

一般而言，散熱基板可以是絕緣金屬基板(Insulated Metal Substrate；IMS)或直接覆銅(Directed Bonded Copper；DBC)陶瓷基板。通常將諸如IC芯片的電子元件結合至散熱基板并在此兩者之間建立電氣連接，其中電子元件在運行時產生熱且熱會在元件上逐漸累積。熱可經由散熱基板表面的金屬線路圖案向上方外界環境導出，或從電子元件底部經由散熱基板向下方外界環境導出。換句話說，散熱基板作為導熱媒介。

雖然DBC陶瓷基板可忍受高達1000℃的高溫，但陶瓷材質堅硬易碎。在DBC陶瓷基板的制作過程中，DBC陶瓷基板難以進行鉆孔和切割等機械加工處理。再者，由于銅箔與陶瓷層之間的熱膨脹系數差異大，在0.3mm～10mm的厚銅應用中，高溫應用下的銅箔與陶瓷層之間很容易發生分層(delamination)問題。

IMS是使用高分子聚合物作為導熱絕緣層的主體材料，導熱絕緣層中另混合有大量導熱填料。導熱絕緣層的上和下表面各設置一金屬箔，形成三明治結構的散熱基板。相較于陶瓷材料，高分子聚合物較易于進行機械加工得多，并且導熱絕緣層與金屬箔之間也有更佳的密著性。

目前，在諸如電動汽車、物聯網(Internet of Things；IoT)或高速運算等的大功率應用中，電子元件的輸出功率相較于以往大幅提升，散熱基板的熱管理逐漸成為一個熱門話題。為此，散熱基板需要使用更厚的銅箔，借此使熱可以同時沿著銅箔層的水平方向和縱向方向傳導且進一步向外界環境逸散，達到有效散熱效果。然而，DBC陶瓷基板存在著高溫下分層和難以機械加工的問題，IMS比較適合使用在需要厚銅的大功率應用中。

美國公開專利申請案US2020/0229303A1提出了一種具有高分子絕緣層的絕緣金屬基板(IMS)的制造方法。該方法是先形成多個導電金屬片，再將導電金屬片放置于在一金屬基板上的一絕緣層上，其中金屬基板即是散熱鰭片。然后，在熱壓機中進行壓合，從而形成絕緣金屬基板。然而，依此方法，導電金屬片無法精確地配置在絕緣層上，有位置對準誤差的問題。另外，為了增加散熱面積及借此使用在大功率應用中，散熱鰭片具有凸出部，也就是，散熱鰭片不是一個均勻厚度的金屬平板。但對于這樣的散熱結構設計，在進行熱壓合時，熱壓機無法將壓力均勻地施加在散熱鰭片整個表面上，使得熱壓合后的絕緣金屬基板中的層與層之間粘著性不佳。特別是，絕緣金屬基板在高溫高濕環境運行下時，容易發生層與層之間分離(separation)或剝離(peeling)問題。

顯然，傳統絕緣金屬基板(IMS)的制造方法，亟需進一步改善。

發明內容

為解決前述問題，本發明公開一種絕緣金屬基板及其制造方法。該絕緣金屬基板中的層與層之間不會分離，并可避免位置對準誤差的問題。本發明的絕緣金屬基板具有良好導熱率和高玻璃轉移溫度Tg，因此適合使用在需要厚銅的大功率應用中。

根據本發明的第一方面，本發明公開一種絕緣金屬基板，包括：一線路圖案層；一封裝層，該封裝層填滿該線路圖案層的金屬線路之間的間隙，且該封裝層的上表面與該線路圖案層的上表面齊平；一第一粘合層；一第二粘合層；及一散熱元件，位于該線路圖案層和該封裝層下方；其中該第一粘合層和該第二粘合層設置在該線路圖案層與該散熱元件之間，該第一粘合層接觸該線路圖案層和該封裝層，該第二粘合層接觸該散熱元件，其中該第一粘合層與該第二粘合層之間形成物理接觸且粘著力大于80kg/cm²。

一實施例中，該線路圖案層包含銅，并具有0.3mm～10mm的厚度。