TWI735787B

TWI735787B - 電路板及其製造方法

Info

Publication number: TWI735787B
Application number: TW107120112A
Authority: TW
Inventors: 黃祿珍; 李坤錐
Original assignee: 相豐科技股份有限公司; 合信材料有限公司
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2021-08-11
Also published as: TW202002736A

Abstract

本發明係關於一種電路板及其製造方法，其包含提供一基板；係將基板上使用金屬粉或金屬漿形成未固化金屬線路，並設置一或複數個晶片於該未固化金屬線路上；及燒結該未固化金屬線路，使該未固化金屬線路形成固化金屬線路，且該晶片會與該固化金屬線路固定連接。本發明之電路板及其製造方法無使用錫膏，因此可省略焊接步驟以減化製程，可減少製造成本及利於環境保護。

Description

電路板及其製造方法

本發明係關於一種電路板及其製造方法，其晶片無需使用錫膏固定於金屬線路。

晶片等電子元件為電子電路中的基本元素，連接電子元件至電路板最常為使用焊接技術，透過焊接可將電子元件電氣連接並得到支撐及固定於電路板上。設置晶片時常用的焊接為表面貼焊(Surface Mount Technology，SMT)，其係將晶片等電子元件貼附於電路板後，使用回焊(reflow)將晶片固定連結至電路板上，回焊係一種將錫膏加熱至焊點後進行焊接，即為焊接的一種。表面貼焊之技術利於生產出輕薄短小的電子產品，且利於大量生產。

表面貼焊所使用的回焊技術包含紅外線回焊(infrared reflow)、蒸氣相回焊(vapor phase reflow)、浸漬軟焊(soldering dip)及熱風式回焊(convention reflow)；其中，紅外線回焊為早期的回焊技術，現今皆已使用熱風式回焊。

焊接時會使用錫膏，又稱焊錫膏或旱膏，其內容物主要為錫粉及助焊劑。錫粉包含有錫、銀、銅及鉍(Bi)等金屬合金，係用以提升焊接後的牢固力。助焊劑包含活性劑、松香、有機溶劑及增稠劑等化學藥劑，係用以讓錫粉之金屬合金在高溫時不易被氧化，且能去除氧化物並隔絕異物。

此外，鑒於對環保議題的重視，許多廠商致力於開發無鹵素及無鉛錫膏，以減少電子產品在製造及回收時對環境的汙染。

晶片設置在電路板會產生不良率之情況，其原因多半出自於焊接時的錫膏印刷不佳。錫膏的使用量、在印刷時的高度、面積、體積及平整度都會對最終的製品有所影響。而當錫膏印刷不良時，會對電子元件造成毀損，並產生架橋(bridge)、偏移(shift)或高度偏差等問題。此外，錫膏的選擇必須考量到表面絕緣阻抗(RSI)、電子遷移、焊錫性、耐塌崩性、助焊劑的殘留性及銅腐蝕性等多項因素。

為改善上述之問題，本發明欲提供一種無錫膏設置晶片於電路板之方法，由於無錫膏之焊接步驟，可減化製程，以減少製造成本，且利於環境保護。

是以，本發明之目的為一種電路板之製造方法，其包含提供一基板；於該基板上使用金屬粉或金屬漿形成未固化金屬線路，並設置一或複數個晶片於該未固化金屬線路上；及燒結該未固化金屬線路，使該未固化金屬線路形成固化金屬線路，且該晶片會與該固化金屬線路固定連接。

本發明之另一目的為一種具有晶片之電路板，其包含一基板及一或複數個晶片。其中，該基板上係具有由使用未固化的金屬粉或金屬漿經由燒結固化而成的金屬線路，及該晶片為經由該燒結而成的金屬線路固定連接於該基板上。

進一步地，該燒結溫度為120~350℃；於較佳實施例中，該燒結溫度為220~320℃。

進一步地，該金屬線路之表面形成的方法包含噴墨印刷法、網印印刷法、平版印刷法、雷射金屬沉積3D列印或電子束3D列印。

進一步地，該基板包含陶瓷基板、金屬基板、陶瓷金屬複合板、橡膠基板或玻璃基板。

相較於習知電路板之製造方法，本發明之優勢在於本發明之電路板之製造方法，並未使用錫膏進行焊接將晶片固定於電路板，因此可節省焊接製程及錫膏成本，此外對環境具有保護。

本發明所稱之「包含或包括」意指不排除一或多個其他組件、步驟、操作和/或元素的存在或添加至所述之組件、步驟、操作和/或元素。「一」意指該物的語法對象為一或一個以上(即，至少為一)。

以下實施方式不應視為過度地限制本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可在不背離本發明之精神或範疇的情況下對本文所討論之實施例進行修改及變化，而仍屬於本發明之範圍。

本發明之電路板之製造方法，其包含提供一基板；於該基板上使用金屬粉或金屬漿形成未固化金屬線路，並設置一或複數個晶片於該未固化金屬線路上；及燒結該未固化金屬線路，使該未固化金屬線路形成固化金屬線路，且該晶片會與該固化金屬線路固定連接。

本發明中，所述的基板包含陶瓷基板、金屬基板、金屬陶瓷複合基板、橡膠基板或玻璃基板。

本發明中，所述的陶瓷基板之材料可為硼矽酸系玻璃粉末及各種金屬氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、矽化物或其等之組合，例如碳化矽(SiC)、氮化矽(Si₃ N₄ )、氮化鋁(AIN)、氧化鋁(Al₂ O₃ )、碳化鈦(TiC)、硼化鈦(TiB₂ )、碳化硼(B₄ C)、鋯酸鈦酸鉛及鐵酸錳等，本發明不限於此等，且可為任一種或二種以上之組合使用。

本發明中，所述的金屬基板之材料可為銅、鋁、銅合金或鋁合金，例如該銅合金包含銅鋅合金、銅錫合金、銅鋁合金、銅矽合金或銅鎳合金；該鋁合金包含鋁矽合金、鋁鎂矽合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁錳合金、鋁鋅合金或鋁鋰合金；其中，以鋁、鋁合金、銅或銅合金為較佳；該金屬基層之金屬可為前述任一種或二種以上所組合之金屬，且本發明不限於此等。

本發明中，所述的金屬陶瓷複合基板可為上述之陶瓷材料及金屬材料複合而成之基板；較佳地，所述的金屬陶瓷複合基板之結構包含一金屬基板、以及設置於該金屬基層外側的陶瓷層，且本發明不限於此等。

本發明中，所述的橡膠基板可為通用的樹脂基板，其材料包含酚醛樹脂(Phenolic)、聚亞醯胺樹脂(Polyimide)、環氧樹脂(Epoxy)、聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene；PTFE；TEFLON)或B-三氮樹脂(BismaleimideTriazine；BT)等熱固性樹脂，且本發明不限於此等。

本發明中，所述的玻璃基板之材料可為氧化銦錫(ITO)、含氟氧化錫璃(SnO₂ :F)(FTO)等光學用玻璃，且本發明不限於此等。

本發明中，所述的金屬粉末及金屬漿形成未固化金屬線路之方法可為習知的印刷電路方法，例如噴墨印刷法、網印印刷法及平版印刷法，或是積層製造之3D列印，例如雷射金屬沉積3D列印及電子束3D列印，將製備金屬線路的金屬粉末印製於該陶瓷層表面，且本發明不限於，並以雷射金屬沉積3D列印及電子束3D列印為較佳；其中，該金屬粉末及金屬漿包含金屬、合金或複合金屬等，例如銀、銅、金、鋁、鈉、鉬、鎢、鋅、鎳、鐵、鉑、錫、鉛、銀銅、鎘銅、鉻銅、鈹銅、鋯銅、鋁鎂矽、鋁鎂、鋁鎂鐵、鋁鋯、鐵鉻鋁合金等一種或二種以上所混合的金屬粉末，且本發明不限於此等，其中金屬粉末以鋁、金、銀及銅為較佳。

本發明中，所述的固化金屬線路之厚度為0.5至40μm，例如0.5μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm或40μm；線徑寬度為0.5μm以上，且固化金屬線路亦可為全面分布基板之上。

本發明中，所述的晶片包含IC晶片、裸晶晶片、LED晶片、自轉輪二極體(Free Wheeling Diode；FWD)或絕緣閘極雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor；IGBT)等不同功能之晶片，且本發明不限於此等；此外，晶片之類型可包含水平晶片、垂直晶片、覆晶晶片、晶圓級封裝晶片(CSP)等，且本發明不限於此等。

本發明中，所述的燒結溫度為120~350℃，例如120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃或350℃；其中，以220~320℃為較佳。若燒結溫度過高時會對晶片及基板造成損傷，影響電性功能及減少使用壽命，而若燒結溫度過低時則會造成線路接著不完全或斷路等問題。

本發明之電路板可用於任意之需電路板操作之電子裝置或電子產品中，例如發光二極體、電腦、智慧型手機、平板電腦或音響等，且本發明不限於此等。

[具體實施例]

在下文中，將利用具體實施例特別描寫本發明所揭示之內容。然而，本發明所揭示之內容不限制於下列範例。

實例1.本發明之電路板之製造方法

請參閱圖1，係本發明之電路板之製造方包含提供一基板1；於該基板1上使用噴墨印刷機3將金屬漿噴塗於該基板1上，形成未固化金屬線路2’，並設置複數個LED晶片4於該未固化金屬線路上；隨後，於200℃下進行燒結，該未固化金屬線路2’則會形成固化金屬線路2，而該LED晶片4會與該固化金屬線路2固定連接於該基板上。

實例2.本發明之具有晶片之電路板作為LED電子元件

請參閱圖2，其係將實施例1所獲得之電路板進而設置二個電極5於該基板兩側，並與該固化金屬線路2進行電性導通，即LED晶片可發光，即獲得LED電子元件。

綜上所述，本發明之電路板及其製造方法，由於無須使用錫膏進行焊接將晶片固定於電路板，既可利於製程上減少焊接步驟以及錫膏成本，且可減少對環境的汙染，因此本發明之電路板及其製造方法具有產業利用性。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

1‧‧‧基板2’‧‧‧未固化金屬線路2‧‧‧固化金屬線路3‧‧‧噴墨印刷機4‧‧‧晶片5‧‧‧電極

圖1為本發明之電路板之製造方法。

圖2為本發明之具有晶片之電路板之實施態樣。

1‧‧‧基板

2’‧‧‧未固化金屬線路

2‧‧‧固化金屬線路

3‧‧‧噴墨印刷機

4‧‧‧晶片

Claims

一種電路板之製造方法，其包含：提供一基板；於該基板上使用金屬粉或金屬漿形成未固化金屬線路，並設置一或複數個晶片於該未固化金屬線路上；及燒結該未固化金屬線路，使該未固化金屬線路形成固化金屬線路，且該晶片會與該固化金屬線路固定連接；其中該金屬線路之表面形成的方法包含噴墨印刷法、網印印刷法、平版印刷法、雷射金屬沉積3D列印或電子束3D列印。
如請求項1所述之製造方法，其中該燒結溫度為120~350℃。
如請求項2所述之製造方法，其中該燒結溫度為220~320℃。
如請求項1至3任一項所述之製造方法，其中該基板包含陶瓷基板、金屬基板、陶瓷金屬複合板、橡膠基板或玻璃基板。
一種具有晶片之電路板，其包含：一基板，該基板上係具有由使用未固化的金屬粉或金屬漿經由燒結固化而成的金屬線路；以及一或複數個晶片，經由該燒結而成的金屬線路固定連接於該基板上；其中該金屬線路之表面形成的方法包含噴墨印刷法、網印印刷法、平版印刷法、雷射金屬沉積3D列印或電子束3D列印。
如請求項5所述之電路板，其中該燒結之溫度為120~350℃。
如請求項5或6所述之電路板，其中該燒結之溫度為220~320℃。
如請求項5或6任一項所述之電路板，其中該基板包含陶瓷基板、金屬基板、陶瓷金屬複合板、橡膠基板或玻璃基板。