[发明专利]接合材料、接合方法与接合结构

说明书

【技术领域】

本发明关于接合结构，更特别关于将铜片接合至散热基板的接合材料与接合方法。

【背景技术】

高发热元件如发光二极体(LED)的散热问题一直是模组化瓶颈之一。目前常见的FR4基板或铝基金属基板的低导热系数均无法将元件的热顺利导入散热器中。为改善上述缺点，可采用铜片搭配电性绝缘的陶瓷基板，将元件的热经由铜片与陶瓷基板导入散热器中。上述复合板即所谓的陶瓷直接覆铜法(DBC)。

虽然陶瓷直接覆铜法可改善元件散热问题，但此制程的温度往往超过1000℃。另一方面，为形成铜片与陶瓷基板之间的共熔层，需先氧化铜片形成氧化铜层于铜片表面，再以氧化铜层接合陶瓷基板。氧化铜层的均匀性与厚度的控制性不佳，容易造成散热不均的现象。此外若需要图案化铜层，则需额外的图案化制程如微影制程及蚀刻。

综上所述，目前极需一种新的方法接合铜片与散热基板。

【发明内容】

本发明一实施例提供一种接合材料，包括有机高分子；以及无机粉末均匀分散于该有机高分子之间，其中有机高分子与无机粉末之重量比为50∶50至10∶90，且无机粉末包含均匀混合的氧化铜与掺杂物，氧化铜与掺杂物之摩尔比为95∶5至99∶1，且掺杂物系锌、锡、铟、或上述之组合。

本发明另一实施例提供一种接合方法，包括以上述接合材料接合散热基板与铜层；以及加热接合材料，使接合材料的无机粉末与部分散热基板、与部分该铜层形成共熔层。

本发明又一实施例更提供一种接合结构，包括散热基板；共熔层，位于散热基板上；以及铜层，位于共熔层上，其中散热基板为氧化铝、氮化铝、或氧化锆，且共熔层为掺杂有锌、锡、铟、或上述之组合的氧化铜铝、氮氧化铜铝、或氧化铜锆。

【附图简单说明】

图1至3是本发明一实施例中，形成接合结构之示意图。

【主要元件符号说明】

11～接合材料；

13～散热基板；

15～铜层；

17～共熔层。

【具体实施方式】

本发明一实施例提供一种接合材料，包括有机高分子以及无机粉末。有机高分子可为PVB、PVA、甲基纤维素、其他合适之有机高分子、或上述之组合。在本发明一实施例中，有机高分子的黏度介于300至10000cps之间。若有机高分子的黏度过高，则涂层太厚不易涂布均匀。若有机高分子的黏度过低，则无法附着。在本发明一实施例中，有机高分子的重均分子量介于8000至20000之间。若有机高分子的重均分子量过高，则易有残碳。若有机高分子的重均分子量过低，则膜层强度差易于涂附后脱落。无机粉末含有均匀混合的氧化铜与掺杂物。掺杂物系锌、锡、铟、或上述之组合。氧化铜与掺杂物的摩尔比为95∶5至99∶1。若掺杂物的比例过高，对后续之接合温度并无明显助益，增加材料成本，且可能使接合界面硬脆。若掺杂物的比例过低，则无法有效降低接合温度。将氧化铜与掺杂物均匀混合后形成的无机粉末粒径分布介于20nm至300nm之间。上述无机粉末的粒径有助于其均匀分散于有机高分子中，在进一步搭配分散剂后不会沉降或均匀悬浮于胶体中。若无机粉末的粒径过大，则熔合温度上升。若无机粉末的粒径过小，则使粉体不易分散。接着将无机粉末均匀分散于有机高分子之间以形成接合材料，分散方法可为球磨、旋转搅拌、或高速离心法。有机高分子与无机粉末的重量份介于50∶50至10∶90之间。若无机粉末之比例过高，则黏度过高无法涂覆。若无机粉末之比例过低，则成膜不易且无法达到所需厚度。上述接合材料可为胶态或液态，端视制程需求而定。

如图1所示，将上述接合材料11涂覆于散热基板13上，其方法可为旋涂法、喷墨印刷法、或狭缝印刷法、浸润法、或上述之组合。散热基板13可为陶瓷材料如氧化铝、氮化铝、氧化锆、或其他可与氧化铜形成共熔层的材料。

如图2所示，接着形成铜层15于接合材料11上。在本发明一实施例中，铜层15的厚度介于100μm至500μm之间。铜层15的作用在于承载并接合发热元件如LED、IC、或类似物，接合法可为覆晶法(Flip-chip mounting)、打线接合法(wire bounding)其他已知的接合法、或未来开发的接合法。若铜层15的厚度过薄，则易使铜层变形。若铜层15的厚度过厚，则接合强度低且接合面不均匀。