TWI441577B - 元件散熱方法 - Google Patents

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Description

元件散熱方法
本發明係有關於散熱方法，更具體而言，係有關於具有非金屬奈米碳管圖案(non-metal pattern)塗佈之散熱方法。
近年來，由於高密度電路結構之技術日益精進，多層印刷電路板(multilayer PCB)係發展為可應用於各式各樣之電子產品。多層印刷電路板之實例包括設置於一基板之一表面上之一內層印刷電路圖案(inner printed circuit pattern)，由一絕緣層(insulation layer)所覆蓋，絕緣層之上再設置一外層印刷電路圖案，內層與外層印刷電路圖案經由絕緣層中之一盲孔(未穿孔，blind hole)而保持電性聯接。無電電鍍光阻層(electroless plating resist layer)係透過網版印刷(screen printing)來印刷一油墨圖案以作為光阻而形成於固化接合層(cured bond layer)之表面上，其中由熱來完成固化。用以電性聯接內層與外層電路圖案之盲孔係利用碳酸氣雷射(carbonic acid gas laser)而形成，位於上述盲孔附近之穿孔(through hole)則由鑽孔形成。形成於絕緣層上之外層電路圖案由無電電鍍所形成。
美國專利第6,117,706號係揭露一印刷電路板。其印刷電路板包含一基板，其中包含一可負載一電子部件之部分負載部件(part loading portion)、複數個接觸終端分別形成於基板之一表面且該表面曝露於外以提供外部接觸、以 及開口分別形成於基板之另一表面以***接合線(bonding wires)來連接上述電子部件至其相對應之接觸終端，而該電子部件係負載至基板之部分負載部件。在印刷電路板中，每一接觸終端係由一直接且靠近於基板而接合之金屬箔(metal foil)所形成。
然而，在先前技術中，使用二鉻酸(dichromic acid)/硫酸/氟化鈉溶液於化學粗加工(roughing)處理以加強前述無電電鍍之附著力(adherence)。二鉻酸係為有害物質且有些地區禁止使用二鉻酸。含有汙染源六價鉻之泥土係非常難以處理。此將造成嚴重環境汙染之問題。在使用氟化鈉之情況下，廢水中含有氟化物之處理將變得棘手又複雜。且傳統多用風扇或鰭片散熱，體積較大。
本發明之一目的係為提供沒有前述缺失之先進改良印刷電路板以及散熱方法。
本發明更特定之目的係為提供元件散熱方法包含提供一元件，提供奈米碳管於元件之一表面，其中該奈米碳管為多層壁或單層壁；前述奈米碳管可形成於元件之上表面、側面、下表面之一或其組合以加強散熱。
本發明更特定之目的係為提供一多層印刷電路板，包含：一基板，電性絕緣且提供至少一電路圖案於基板之至少一表面；上述至少一電路圖案係由非金屬材料所形成且得以電性聯接。上述至少一電路圖案之材質包括含有金屬之氧化物，其中該金屬係選自以下族群之一或其組合：金 (Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銻(Sb)。上述電路圖案包括摻雜於其中之氧化鋁(Al2 O3 )。電路圖案可由碳管(carbon tube)及導電聚合物所形成。導電聚合物包括聚噻吩(或聚一硫二烯伍環)(polythiophenes)、聚一硒二烯伍環(poly(selenophenes))、聚一碲二烯伍環(poly(tellurophenes))、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilineS)。
印刷電路板包含電路圖案，其中電路圖案包含玻璃、導電粒子、添加物。上述玻璃係選自氧化鋁(Al2 O3 )、氧化硼(B2 O3 )、二氧化矽(SiO2 )、氧化鐵(Fe2 O3 )、五氧化二磷(P2 O5 )、二氧化鈦(TiO2 )、氧化硼/硼酸/四硼酸鈉(B2 O3 /H3 BO3 /Na2 B4 O7 )、氧化鉛(PbO)、氧化鎂(MgO)、氧化鎵(Ga2 O3 )、氧化鋰(Li2 O)、五氧化二釩(V2 O5 )、二氧化鋅(ZnO2 )、氧化鈉(Na2 O)、二氧化鋯(ZrO2 )、氧化鉈/三氧化二鉈/氫氧化鉈(I)(TlO/Tl2 O3 /TlOH)、氧化鎳/鎳(NiO/Ni)、二氧化錳(MnO2 )、氧化銅(CuO)、一氧化銀(AgO)、三氧化二鈧(Sc2 O3 )、氧化鍶(SrO)、氧化鋇(BaO)、氧化鈣(CaO)、鉈(Tl)、氧化鋅(ZnO)、或其中之組合。
圖一係為本發明之印刷電路板之剖面圖。如圖一所示，在本發明之單層(或多層)印刷電路板(PCB，printed circuit board)100中，印刷電路板100包含一具有平坦外 型之絕緣基板(insulation substrate)以作為一支撐基底。絕緣基板係由環氧樹脂(epoxy resin)或以玻璃纖維強化之環氧樹脂所製成。提供至少一電路圖案(circuit pattern)102於絕緣基板之上表面或下表面其中之一。電路可形成於印刷電路板之間。先前技術包含由銅箔(copper foil)層積(laminated)於絕緣基板之上表面及下表面二者所製成之導電層。當乾膜(dry films)透過一光罩(photomask)而曝露於紫外線中且利用1%碳酸鈉水溶液展開之後，再使用氯化銅(II)水溶液進行蝕刻。接著移開乾膜而形成內層電路圖案(inner circuit pattern)。本發明並未使用習知方法，因為習知方法將增加造成缺失之可能性。一電子組件或元件104可經由電子連接106而形成於印刷電路板100之上。連接106中之部分係耦合至所欲之電路圖案102。元件104僅為例示之用，非用以限制本發明。應理解為任何種類之元件皆可形成於印刷電路板之上。連接106可為凸塊(bump)、接腳(pin)等等。
在一實施例中，導電圖案102之材質包括含有金屬或合金之氧化物，其中該金屬以選自下列金屬之一或多種為較佳：金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銻(Sb)。一些透明材質包括含有鋅之氧化物與摻雜於其中之氧化鋁(Al2 O3 )。在透明導電層形成之過程中利用適當之遮罩(mask)以架構此種形狀。
形成透明導電層之方法包括離子束(ion beam)方法以於低溫形成薄膜(film)，舉例而言，薄膜可在室溫下以接受性(receptivity)低於3×10-4 歐姆．公分(Ω．cm)之條件而形成。再者，亦可使用以射頻磁控濺鍍法(RF magnetron sputtering)所濺鍍之薄膜。透明度可高於82%。在成本及生產之考量下，用以形成導電薄膜之方法亦可使用，例如，氧化銦錫(indium tin oxide)，可在潮濕空氣之室溫下形成，其具有非晶形態，可於高蝕刻率下得到所欲之圖案。當薄膜形成且具有圖案之後，以約略介於180℃至220℃之溫度對其進行熱處理一小時至三小時以降低薄膜之電阻(resistance)及加強其穿透率(transmittance)。另一形成方式係為化學溶液塗布(coating)法。塗布溶液包含平均粒子直徑為1至25微米(μm)之粒子、平均粒子直徑為1至25微米(μm)之氧化矽(silica)粒子、及一溶劑。氧化矽粒子與導電粒子之重量比以介於0.1至1為較佳。導電粒子以選自下列金屬之一或多種金屬粒子為較佳：金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銻(Sb)。導電粒子可經由在一醇類/水之混合溶劑中還原上述一或多種金屬之鹽類而得到。熱處理以高於約100℃之溫度進行。氧化矽(silica)粒子可增進所生成之導電薄膜之導電性。金屬粒子在導電薄膜塗布液(coating liquid)中之重量百分率濃度約為0.1%至5%。
透明導電薄膜之形成可先經由在一基板上施以上述液 體，將其乾燥後則可形成一透明導電粒子層，之後將上述塗布液施加於上述精細粒子層以於上述粒子層上形成一透明薄膜。將用以形成一透明導電層之塗布液施加於一基板之方法可為浸漬(dipping)、旋轉(spinning)、噴霧(spraying)、輥塗布(roll coating)、快乾印刷(flexographic printing)、或類似之方法，之後將上述液體在室溫至90℃之間進行乾燥。乾燥之後，塗布薄膜經由不低於100℃之溫度加熱以進行固化(curing)或以電磁波照射或在氣體環境下乾燥。
擇一形式實施方式中，形成前述電路圖案之材料包括導電聚合物(或導電環氧化合物(epoxy)、樹脂(resin))、導電碳或導電膠(glue)。非金屬材料重量較輕、價格較低、免除環境汙染之困擾、且製程較為簡化。習知印刷電路板由銅或其類似物所製成。銅之成本較高且其較重。反之，本發明使用非金屬材料來呈現電路圖案於印刷電路板上以節省成本並且減輕重量。導電聚合物、導電碳、或導電膠之塑形或形成可藉由印刷(如網版印刷(screen printing))、塗布、透過黏合或蝕刻(etching)以接合而形成。所需製程較習知製程簡化。另，薄膜可接合或形成於不規則表面或非平面表面。
在一實施例中，上述材料可為導電聚合物、導電膠、或導電碳(如奈米碳管(CNT，carbon nanotube))。在一實施例中，導線係由導電碳所製成，例如包含多層同心殼(concentric shells)之奈米碳管(CNTs)，稱之多層壁奈米碳 管(MWNTs，multi-walled carbon nanotubes)、以及包含單一層平面(sp2 鍵結)石墨薄片(graphene)捲於其上之單層壁奈米碳管(SWNTs，single-walled carbon nanotubes)，上述導電碳在(電)弧放電(arc discharge)之過程中利用摻雜過渡金屬之碳電極合成而得。單層壁奈米碳管(SWNTs)之無接縫(seamless)石墨結構賦予這些材料特殊之機械性質：煩請參照由Yakobson等人於Phys.Rev.Lett. 1996 ,76 ,2411所發表之文章；Lourie等人於J.Mater.Res. 1998 ,13 ,2418所發表之文章；以及Iijima等人於J.Chem.Phys. 1996 ,104 ,2089所發表之文章中所述及之楊氏模量(Young's modulus)為低範圍之兆帕斯卡(TPa，trillion Pascal)及張力(tensile strengths)為超過37十億帕斯卡(GPa，gigapascal)。一般而言，奈米碳管複合材料(CNT composites)係為互穿奈米纖維網絡(interpenetrating nanofiber networks)，上述網絡包含相互纏絡(entangled)之奈米碳管與巨分子在交聯聚合物基質(crosslinked polymer matrix)中纏結(intertwined)。一種形成奈米碳管(CNT)之方法為將有機分子浸入(infusion)以穿入纏絡之奈米碳管叢(clumps)，因此造成奈米碳管網絡擴張且產生分層(exfoliation)。有機分子接著進行原位聚合反應(in situ polymerization)及固化(curing)以生成纏絡奈米碳管或奈米碳管奈米纖維(線ropes)之互穿網絡，與交聯巨分子纏結。
導電聚合物包括聚噻吩(或聚一硫二烯伍環)(polythiophenes)、聚一硒二烯伍環(poly(selenophenes))、 聚一碲二烯伍環(poly(tellurophenes))、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)。在一實施例中，上述導電聚合物可自下列中之至少一種先質單體(precursor monomer)合成而得：噻吩(或一硫二烯伍環)(thiophenes)、一硒二烯伍環(selenophenes)、一碲二烯伍環(tellurophenes)、吡咯(pyrroles)、苯胺(anilines)、及多環芳香族(polycyclic aromatics)。由上述單體所合成而得之聚合物在本說明書中係分別稱為聚噻吩(或聚一硫二烯伍環)(polythiophenes)、聚一硒二烯伍環(poly(selenophenes))、聚一碲二烯伍環(poly(tellurophenes))、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)、及多環芳香族聚合物(polycyclic aromatic polymers)。美國專利申請第20080017852號由Huh,Dal Ho等人所發明之「Conductive Polymer Composition Comprising Organic Ionic Salt and Optoelectronic Device Using the Same」中揭露了一種形成導電聚合物之方法。在一實施例中，導電聚合物係為一有機聚合物半導體、或一有機半導體。導電聚乙炔(polyacetylenes)類型包括聚乙炔、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)、及其衍生物。導電有機聚合物通常具有延伸之非定域鍵(delocalized bond)，這些非定域鍵產生如同矽之能帶(band)結構，但具有局域態(localized state)。零能帶間隙(zero band gap)導電聚合物可呈現如金屬般之特性。
擇一形式實施方式中，印刷電路板之電路圖案可由導 電膠形成，導電膠可由如矽樹脂(silicones)或環氧化合物(epoxy)等材料摻雜金屬粒子所製成。薄膜導線係為透明。在一實施例中，導電膠可由下列中至少一種之混合物所形成：玻璃、添加物、及導電粒子(如金屬粒子)。導電膠可包含鋁(及/或銀)粉、及一固化劑(curing agent)。上述玻璃係選自氧化鋁(Al2 O3 )、氧化硼(B2 O3 )、二氧化矽(SiO2 )、氧化鐵(Fe2 O3 )、五氧化二磷(P2 O5 )、二氧化鈦(TiO2 )、氧化硼/硼酸/四硼酸鈉(B2 O3 /H3 BO3 /Na2 B4 O7 )、氧化鉛(PbO)、氧化鎂(MgO)、氧化鎵(Ga2 O3 )、氧化鋰(Li2 O)、五氧化二釩(V2 O5 )、二氧化鋅(ZnO2 )、氧化鈉(Na2 O)、二氧化鋯(ZrO2 )、氧化鉈/三氧化二鉈/氫氧化鉈(I)(TlO/Tl2 O3 /TlOH)、氧化鎳/鎳(NiO/Ni)、二氧化錳(MnO2 )、氧化銅(CuO)、一氧化銀(AgO)、三氧化二鈧(Sc2 O3 )、氧化鍶(SrO)、氧化鋇(BaO)、氧化鈣(CaO)、鉈(Tl)、氧化鋅(ZnO)。添加物之材料包括油酸(oleic acid)。
擇一形式實施方式中，電子元件104之連接106可由前述之材料形成以避免環境汙染。上述材料不包含鉛於其中。因此，可提供一無鉛結構。再者，如圖二所示，前述電路圖案之導電材料102a，可形成於元件104之至少一表面，例如上表面、側面、下表面以加強散熱，基於使用奈米碳管增加散熱面積。如上所述在一實施例中，上述奈米碳管為多層壁奈米碳管或單層壁奈米碳管，依製程可將奈米碳管造成奈米碳管網絡且產生分層與生成纏絡奈米碳管或奈米碳管奈米纖維互穿網絡；因奈米化而提升表面積。
如同熟習此領域技術者所知悉，上述本發明中之較佳實施例僅為例示之用並非用以限制本發明。在不偏離本發明之精神及所附之「申請專利範圍」範疇下所作之各種修改及類似變化亦包含於本發明，本發明之範疇應以最寬廣之方式解讀以涵蓋所有上述之各種修改及類似結構。雖然本發明以特定實施例闡明如上，然而，應理解為許多變化在不偏離本發明之精神及範疇下亦可被實施。
100‧‧‧印刷電路板
102‧‧‧電路圖案
102a‧‧‧導電材料
104‧‧‧電子元件
106‧‧‧連接
圖一係為本發明之印刷電路板之剖面圖；以及圖二係為本發明之印刷電路板之剖面圖。
100‧‧‧印刷電路板
102‧‧‧電路圖案
102a‧‧‧奈米碳管塗佈
104‧‧‧電子元件
106‧‧‧連接

Claims (11)

  1. 一種元件散熱方法，包含：提供一基板，該基板電性絕緣且提供至少一電路圖案於該基板之至少一表面，上述至少一電路圖案係選自奈米碳管、導電高分子、導電金屬氧化物、合金或其任意組合；提供一電子元件透過電性連接於該至少一電路圖案；提供奈米碳管或導電高分子或以上混合之溶液；將該奈米碳管或該導電高分子或以上混合之溶液塗布於該元件之至少一表面，上述奈米碳管不包含鉛，可提供一無鉛結構；其中該奈米碳管或該導電高分子或以上混合得以形成於不規則表面或非平面表面，其中該奈米碳管為多層壁或單層壁；前述該至少一表面包含上表面、側面、下表面之一或其組合以加強散熱。
  2. 如請求項1所述之元件散熱方法，其中該基板為多層基板。
  3. 如請求項1或2所述之元件散熱方法，其中該導電金屬氧化物之金屬係選自以下族群之一或其組合：金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銻(Sb)。
  4. 如請求項1或2所述之元件散熱方法，其中該導電高分子包含非定域鍵。
  5. 如請求項1或2所述之元件散熱方法，其中該至少一電路圖案包含導電聚合物所形成。
  6. 如請求項5所述之元件散熱方法，其中該導電聚合物包括聚噻吩(或聚一硫二烯伍環)(polythiophenes)、聚一硒二烯伍環(poly(selenophenes))、聚一碲二烯伍環(poly(tellurophenes))、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)。
  7. 如請求項1或2所述之元件散熱方法，其中該至少一電路圖案包含玻璃、導電粒子、或添加物。
  8. 如請求項7所述之元件散熱方法，其中該玻璃係選自氧化鋁(Al2 O3 )、氧化硼(B2 O3 )、二氧化矽(SiO2 )、氧化鐵(Fe2 O3 )、五氧化二磷(P2 O5 )、二氧化鈦(TiO2 )、氧化硼/硼酸/四硼酸鈉(B2 O3 /H3 BO3 /Na2 B4 O7 )、氧化鉛(PbO)、氧化鎂(MgO)、氧化鎵(Ga2 O3 )、氧化鋰(Li2 O)、五氧化二釩(V2 O5 )、二氧化鋅(ZnO2 )、氧化鈉(Na2 O)、二氧化鋯(ZrO2 )、氧化鉈/三氧化二鉈/氫氧化鉈(I)(TlO/Tl2 O3 /TlOH)、氧化鎳/鎳(NiO/Ni)、二氧化錳 (MnO2 )、氧化銅(CuO)、一氧化銀(AgO)、三氧化二鈧(Sc2 O3 )、氧化鍶(SrO)、氧化鋇(BaO)、氧化鈣(CaO)、鉈(Tl)、氧化鋅(ZnO)、或其中之組合。
  9. 如請求項1所述之元件散熱方法，其中更包含乾燥化該奈米碳管。
  10. 一種元件散熱方法，包含：提供一基板，該基板電性絕緣且提供至少一電路圖案於該基板之至少一表面，上述至少一電路圖案選自奈米碳管、導電高分子、合金或其任意組合；提供一電子元件透過電性連接於該至少一電路圖案；提供奈米碳管或導電高分子或以上混合之材料；將該奈米碳管或該導電高分子或以上混合之材料黏合於該元件之至少一表面，上述奈米碳管不包含鉛，可提供一無鉛結構；其中該奈米碳管或該導電高分子或以上混合得以形成於不規則表面或非平面表面，其中該奈米碳管為多層壁或單層壁；前述該至少一表面包含上表面、側面、下表面之一或其組合以加強散熱。
  11. 如請求項10所述之元件散熱方法，其中更包含乾燥化該奈米碳管。
TW098117792A 2008-06-03 2009-05-27 元件散熱方法 TWI441577B (zh)

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