專利名稱：電子器件和制造該電子器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從具有石墨的發(fā)熱元件散射和輻射熱量的電子器件，以及制造電子器件的方法。
背景技術(shù)：
發(fā)熱零件所產(chǎn)生的熱量的有效輻射對(duì)于防止零件故障以及確保產(chǎn)品壽命來(lái)說(shuō)至為重要。因此，通常，在具有伴隨熱量生成的零件的電氣和電子器件中使用了各種熱量釋放材料。特別地，在近幾年來(lái)，隨著在減小電子器件尺寸以及改善電子器件復(fù)雜度和性能方面取得了進(jìn)步，使用了由作為主要材料的石墨制成的石墨片來(lái)有效地釋放從大規(guī)模集成CPU或LED中產(chǎn)生的熱量。石墨片在熱方面是各向異性的，并且在平面方向具有良好的熱傳導(dǎo)屬性。因此，當(dāng)LED工作時(shí)，石墨片最初將本地產(chǎn)生的熱量以平面方向進(jìn)行傳導(dǎo)，并且允許石墨片的表面的膨脹，或者允許熱量釋放組件的有效熱輻射區(qū)域與石墨進(jìn)行接合，且能夠獲得高熱量輻射效率。
將參考包括石墨片的電子器件上的示意截面來(lái)描述具有這樣的屬性的石墨片的熱量散射，向石墨片提供在其上安裝的圖1中所示的LED芯片。
電子器件100具有發(fā)熱結(jié)構(gòu)110，其通過(guò)將LED芯片104安裝在由金屬層101和石墨層102的熱量釋放結(jié)構(gòu)120上的子座103上而配置該發(fā)熱結(jié)構(gòu)110。使得LED芯片104和子座103與諸如AuSn的硬焊料106a相接合。使得熱量釋放結(jié)構(gòu)120和發(fā)熱結(jié)構(gòu)110與由Sn等組成的軟焊料106b相接合，其中該軟焊料具有比硬焊料106a更低的熔化點(diǎn)。LED芯片104涂覆有樹(shù)脂，這在圖中未示出。
結(jié)構(gòu)如上所述的電子器件100中的熱量傳送的示意路由如下。
LED芯片104的工作所產(chǎn)生的熱量被通過(guò)硬焊料106a傳導(dǎo)并被傳送到子座103。被傳送到子座103的熱量被通過(guò)軟焊料106b傳導(dǎo)并傳送到石墨層102。在堆疊方向中這樣傳送的熱量在石墨層102中以平面方向傳導(dǎo)。在石墨層102中以平面方向廣泛散射的熱量被傳送到金屬層101并且從金屬層101的表面在空氣中有效散射。
當(dāng)不存在石墨層102，使得發(fā)熱結(jié)構(gòu)110直接與金屬層101接合的情況下，從子座103傳送到金屬層101的熱量主要在厚度方向、而非平面方向傳導(dǎo)。因此，即使加寬金屬層101的區(qū)域以改善熱量釋放屬性，也無(wú)法獲得足夠的熱量釋放效果。
但是，將石墨層102設(shè)置到介于子座103和金屬層101之間以改善平面方向中的熱傳導(dǎo)屬性，將加寬金屬層101中的有效熱輻射區(qū)域，從而使得諸如LED的發(fā)熱元件能夠有效冷卻。
此外，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2006-86391中公開(kāi)了一種具有包含碳作為主要材料的高熱傳導(dǎo)性碳材料，諸如石墨片的LED封裝，期望其獲得高熱散射屬性。
日本專利申請(qǐng)公開(kāi)2006-86391中公開(kāi)的LED封裝具有類似于圖1所示的基本結(jié)構(gòu)。圖2圖示說(shuō)明了日本專利公開(kāi)No.2006-86391中公開(kāi)的LED封裝的主要部分的截面。
LED封裝210包括框架金屬基座211、LED芯片212、以及引導(dǎo)引線組件213連接到LED芯片212的絕緣組件214，通過(guò)在預(yù)先確定的位置上通過(guò)焊料材料或粘合劑在金屬基座211上安裝LED芯片212而配置該LED封裝210，使得其直接接觸高熱傳導(dǎo)性碳材料216。
金屬基座211由類砂漿側(cè)壁組件218和底板組件219組成。絕緣組件214形成開(kāi)口215并向其提供用于向外引出的電氣傳導(dǎo)構(gòu)圖。LED芯片212被安裝在高熱傳導(dǎo)性碳組件216上，直接接合在其上，被設(shè)置在底板中的開(kāi)口215中，并且通過(guò)線接合217經(jīng)由用于向外引出的電氣傳導(dǎo)構(gòu)圖而連接到引線組件213。金屬浸漬碳材料(MICC)用作高熱傳導(dǎo)性碳材料216，其具體地是通過(guò)燃燒碳粉末或碳纖維使得發(fā)生固化，并且通過(guò)注入例如Cu或Al的金屬而獲得的。熱傳導(dǎo)是通過(guò)碳的二維晶體平面的晶格振動(dòng)而執(zhí)行的，表現(xiàn)為150到300mW/℃的熱傳導(dǎo)性。
如上所述，石墨片在平面方向具有高熱傳導(dǎo)性，且因此被有效地用作熱量釋放材料。但是，其中將碳用作主要材料的石墨片的焊料可濕性較低，且難以提供焊料層來(lái)實(shí)現(xiàn)石墨片上的子座。因此，盡管通過(guò)使得石墨片和子座接合顯然可以獲得高熱傳送效率，但不可能通過(guò)以焊料層來(lái)實(shí)現(xiàn)石墨片和子座之間接合。
在一種用于通過(guò)螺絲鉗等機(jī)械地使子座和石墨片相接觸的方法中，在顯微鏡下作為子座和石墨片之間的大熱阻介入的空氣層因此減小了石墨片的熱散射屬性。
有可能通過(guò)在子座和石墨片之間施加熱傳導(dǎo)潤(rùn)滑脂來(lái)消除空氣層。但是，潤(rùn)滑脂的熱傳導(dǎo)率小于焊料的熱傳導(dǎo)率。因此，也不可能完全利用石墨片的熱散射屬性的優(yōu)點(diǎn)。而且，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2006-86391并沒(méi)有公開(kāi)LED封裝怎樣使高熱傳導(dǎo)性碳材料和LED芯片(即，發(fā)熱元件)進(jìn)行熱接觸。因此，很難說(shuō)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2006-86391利用了高熱傳導(dǎo)性碳材料的熱特性的優(yōu)點(diǎn)。
因此，在包括現(xiàn)有的石墨片的電子器件中的發(fā)熱元件和石墨片之間將呈現(xiàn)顯著的熱阻。因此，即使使用了石墨片也沒(méi)有能夠獲得所想要的冷卻特性。
此外，在由于具有石墨片而獲得高熱傳導(dǎo)率的情況下，當(dāng)多個(gè)元件等被安裝在相同襯底上時(shí)大概會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。例如，假設(shè)在安裝LED后另外安裝連接器。在此情況下，適用于焊接連接器的熱量將熔化用于已經(jīng)安裝好的LED的焊料，偶爾地會(huì)導(dǎo)致LED移位。因此，需要一種制造方法來(lái)使得能夠在包括高熱傳導(dǎo)性石墨片的電子器件中安裝連接器，而不會(huì)使LED移位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種能夠充分利用石墨的熱散射屬性的電子器件。
此外，本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種制造電子器件的方法，其能夠?qū)l(fā)熱元件和連接器安裝到高熱傳導(dǎo)性襯底上。
為了獲得上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的電子器件是一種包括在熱量釋放結(jié)構(gòu)的石墨層一側(cè)上安裝的發(fā)熱結(jié)構(gòu)的電子器件，包括發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)熱元件、用于在其上安裝發(fā)熱元件的底座以及包含用于使所述發(fā)熱元件和底座接合的金屬的第一連接組件；以及熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和在所述第一金屬層上堆疊的石墨層，其中在所述石墨層的與堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上，存在第二金屬層；并且以第二連接組件將所述第二金屬層和底座接合，使得所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)和所述熱量釋放結(jié)構(gòu)由此接合。
如上所述，本發(fā)明的電子器件在石墨層上提供有第二金屬層，由此使得通過(guò)第二連接組件建立發(fā)熱結(jié)構(gòu)和熱量釋放結(jié)構(gòu)之間的接合。也就是，通過(guò)提供具有與石墨表面上焊料的良好可濕性的組件，焊料層可以形成為，例如，第二連接組件。由此，從發(fā)熱元件到石墨層的熱傳送路徑中的熱阻可以減低，使得石墨層的熱散射屬性能夠得到充分體現(xiàn)。
此外，本發(fā)明的電子器件的第二金屬層優(yōu)選地包含銅或鋁。
此外，與面對(duì)石墨層的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上的表面經(jīng)歷防銹處理。
此外，本發(fā)明的電子器件的發(fā)熱元件可以是LED、CPU和IC。
此外，本發(fā)明的第一連接組件和第二連接組件可以是焊料層。
此外，第一連接組件可以是焊料突起或金突起。
這里，第一連接組件的熔點(diǎn)優(yōu)選地高于第二連接組件的熔點(diǎn)。
此外，底座可以是由AIN或SiC作為主要材料而組成的。
根據(jù)本發(fā)明的電子器件是一種包括在發(fā)熱結(jié)構(gòu)的石墨層一側(cè)上安裝的發(fā)熱元件的電子器件，包括發(fā)熱元件和熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和堆疊在所述第一金屬層上的石墨層，其中在所述石墨層的與其中堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上，存在第二金屬層；并且所述第二金屬層上形成的配線層和所述發(fā)熱元件通過(guò)焊料突起或金突起的方式而接合。
根據(jù)本發(fā)明的電子器件是一種包括在熱量釋放結(jié)構(gòu)的石墨層一側(cè)上安裝的發(fā)熱電子元件的電子器件，包括發(fā)熱電子元件，其具有配線提取部分；和熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和在所述第一金屬層上堆疊的石墨層，其中在所述石墨層的與堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上，存在第二金屬層；所述發(fā)熱電子元件具有第一平面和第二平面，在第一平面提供所述配線提取部分，且在第二平面不提供所述配線提取部分；所述第二金屬層和所述發(fā)熱電子元件的所述第二平面接合。
如上所述，本發(fā)明的電子器件的發(fā)熱電子元件在第二平面上沒(méi)有提供配線提取部分，因此可以直接安裝到第二金屬層上，而不需要絕緣器等的介入。由此，發(fā)熱電子元件和熱量釋放結(jié)構(gòu)之間的熱阻可以降低，使得充分發(fā)揮了石墨層的熱散射屬性。
此外，本發(fā)明的電子器件的發(fā)熱電子元件是半導(dǎo)體器件，配線提取部分可以是使用于配線的線在其中電氣連接的P極和N極。在該情況中，半導(dǎo)體器件可以是LED。
此外，第二金屬層和第二平面可以通過(guò)焊料層的方式而接合。
用于制造本發(fā)明的電子器件的方法是一種用于制造電子器件的方法，所述電子器件包括發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)熱元件、用于在其上安裝所述發(fā)熱元件的底座以及包含用于使所述發(fā)熱元件和底座接合的金屬的第一連接組件；以及熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和在所述第一金屬層上堆疊的石墨層，其中，所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)和連接器被安裝在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)的所述石墨層一側(cè)，所述方法包括在所述石墨層的與堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上形成第二金屬層，并且使得所述第二金屬層和底座與包含金屬的第二連接組件接合；以及在使所述第二金屬層和所述第二連接組件于其上接合的底座上，使所述發(fā)熱元件通過(guò)所述第一連接組件接合，同時(shí)通過(guò)包含金屬的第三連接組件使所述連接器結(jié)合在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)上。
根據(jù)如上所述的用于制造本發(fā)明的電子器件的方法，發(fā)熱元件和連接器同時(shí)接合。因此，即使在將焊料層用作各個(gè)連接組件的情況中，在安裝連接器時(shí)施加的熱量將不會(huì)熔化固定發(fā)熱元件的焊料層而導(dǎo)致位移。
用于制造本發(fā)明的電子器件的方法是一種用于制造電子器件的方法，所述電子器件包括發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)熱元件、用于在其上安裝所述發(fā)熱元件的底座以及包含用于使所述發(fā)熱元件和底座接合的金屬的第一連接組件；以及熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和在所述第一金屬層上堆疊的石墨層，其中，所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)和連接器被安裝在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)的所述石墨層一側(cè)，所述方法包括在所述石墨層的與堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上形成第二金屬層，并且使得所述第二金屬層和底座與包含金屬的第二連接組件接合；在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)上形成絕緣層；在所述絕緣層上形成配線層；使所述連接器通過(guò)包含金屬的所述第三連接組件而接合到所述配線層上；在通過(guò)所述第三連接組件將所述連接器接合到所述絕緣層上之后，從所述第一金屬層一側(cè)施加熱量，從而熔化所述第一連接組件，使得所述發(fā)熱元件接合到底座上；以及在所述第三連接組件由于從所述第一金屬層一側(cè)施加的熱量而熔化之前，停止從所述第一金屬層一側(cè)施加熱量。
比較通過(guò)從第一金屬層一側(cè)施加的熱量來(lái)熔化第一連接組件而使得發(fā)熱元件接合到底座上所需的時(shí)間量與熔化第三連接組件而通過(guò)配線層使得連接器接合所需的時(shí)間量，由于絕緣層的介入，后者的時(shí)間量將變得更長(zhǎng)，由此使得時(shí)間之間的時(shí)間差上升。如上所述的用于制造本發(fā)明的電子器件的方法利用這個(gè)時(shí)間差來(lái)在第三連接組件熔化之前停止施加熱量。由此，可以將發(fā)熱元件安裝到底座上，而不會(huì)熔化用于接合連接器的第三連接組件。
根據(jù)本發(fā)明，在石墨層上形成第二金屬層。因此，能夠通過(guò)焊料層接合發(fā)熱元件的底座和熱量釋放結(jié)構(gòu)。因此，從發(fā)熱元件傳送到石墨層的熱量將是合適的，且其使得石墨層能夠在平面方向充分地應(yīng)用了熱傳導(dǎo)屬性并且實(shí)現(xiàn)了熱散射。
此外，根據(jù)用于制造本發(fā)明的電子器件的方法，有可能將發(fā)熱元件和連接器安裝到具有高熱傳導(dǎo)率的襯底上，而不會(huì)引起任何移位。
通過(guò)圖示說(shuō)明本發(fā)明的例子的下面的描述，結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。


圖1是包括石墨片的電子器件的示意截面；圖2是包括現(xiàn)有的高熱傳導(dǎo)性碳材料的LED封裝的例子的主要部分的截面；圖3是圖示說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例的電子器件的配置的示意截面；圖4是圖示說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例的電子器件的另一配置的示意截面；圖5是圖示說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例的電子器件的又一配置的示意截面；圖6是圖示說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例的電子器件的配置的示意截面；以及圖7是描述本發(fā)明第三實(shí)施例中用于制造電子器件的方法的圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)圖3圖示說(shuō)明了表示本實(shí)施例的電子器件1的配置的示意截面。
電子器件1具有發(fā)熱結(jié)構(gòu)10，通過(guò)在包括第一金屬層6和石墨層5的熱量釋放結(jié)構(gòu)20上在子座3上安裝LED芯片2配置該發(fā)熱結(jié)構(gòu)10。第二金屬層7被設(shè)置在石墨層5上。通過(guò)第二焊料層4b接合發(fā)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20。也就是，發(fā)熱結(jié)構(gòu)10的子座3和熱量釋放結(jié)構(gòu)20的第二金屬層7通過(guò)第二焊料層4b接合。
熱量釋放結(jié)構(gòu)20用于將熱量從LED芯片2散射到外部空氣，并且包括由具有良好熱傳導(dǎo)率的金屬制成的第一金屬層6和在平面方向具有良好熱傳導(dǎo)率的石墨層5。通過(guò)在第一金屬層6的安裝LED芯片2的一側(cè)的平面上堆疊設(shè)置石墨層5。
在發(fā)熱結(jié)構(gòu)10中，LED芯片2和子座3接合由AuSn等制成的第一焊料層4a。發(fā)熱結(jié)構(gòu)10被布置在絕緣層32和配線層31中形成的開(kāi)口40中，其中絕緣層32和配線層31被堆疊在熱量釋放結(jié)構(gòu)20上。配線層31和子座3通過(guò)線33連接。熱量釋放結(jié)構(gòu)20和發(fā)熱結(jié)構(gòu)10接合熔化點(diǎn)低于第一焊料層4a的第二焊料層4b。LED芯片2涂覆有樹(shù)脂，這未在圖中示出。
接下來(lái)，將描述發(fā)熱結(jié)構(gòu)10中的各個(gè)層。
子座3是在其中安裝LED芯片2的底座。為了不發(fā)生由于熱散射系數(shù)差異導(dǎo)致的壓力、扭曲等，絕緣襯底用作子座3，由諸如AIN、SiC等具有良好熱傳導(dǎo)率的陶瓷用作子座3的材料，在熱散射系數(shù)方面，該材料比較類似于LED芯片2的襯底材料。
LED芯片2通過(guò)第一焊料層4a接合在子座3上。作為第一焊料層4a，由AuSn制成具有Au作為主要材料的焊料是優(yōu)選的。在使用AuSn作為主要材料的情況下，熔化點(diǎn)約為280℃。
作為第二焊料層4b，基于Sn的焊料優(yōu)選作為第二焊料層4b，其熔化點(diǎn)低于第一焊料層4a。
接下來(lái)，將描述熱量釋放結(jié)構(gòu)20的各個(gè)層。
諸如銅、鋁等材料用于第一金屬層6。這里，銅的熱傳導(dǎo)率是390(W/m·K)，其熱膨脹系數(shù)為1.0-1.4(cm2/s)。另一方面，鋁的熱傳導(dǎo)率是230(W/m·K)，其熱膨脹系數(shù)為0.9(cm2/s)。
石墨層5是石墨片，具有石墨作為其主要材料，并且使用例如“超級(jí)λGS()由Taica公司生成”。在超級(jí)λGS()的情況中，平面方向的熱傳導(dǎo)率是400(W/m·K)，其熱膨脹系數(shù)為3.0-3.2(cm2/s)。
希望第二金屬層7降低發(fā)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20之間的熱阻，以充分實(shí)現(xiàn)石墨層5的熱膨脹屬性。對(duì)于第二金屬層7，優(yōu)選使用由諸如銅的具有良好熱傳導(dǎo)率的金屬制成的金屬膜。即使通過(guò)焊料層的方式來(lái)接合石墨層5和子座3，兩種焊料的可濕性都不好。因此，通過(guò)焊接而直接接合兩者是極端困難的。因此，在本實(shí)施例中，在石墨層5上提供第二金屬層7。由此，改善了焊料的可濕性。也就是，在本實(shí)施例的電子器件1中，第二金屬層7的存在使得能夠通過(guò)使用第二焊料層4b在發(fā)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20之間進(jìn)行接合。
第二金屬層7和第二焊料層4b的熱傳導(dǎo)率通常高于熱傳導(dǎo)性潤(rùn)滑脂，且因此，可以有效地將熱量從發(fā)熱結(jié)構(gòu)10傳送到熱量釋放結(jié)構(gòu)20。此外，優(yōu)選地，第二金屬層7是薄膜，其形成為盡可能薄，以達(dá)到在往石墨層5上堆疊并且接合到發(fā)熱結(jié)構(gòu)10的時(shí)候保證使用性的程度。而且，在使用易于氧化的諸如銅的材料用于對(duì)于第二金屬層7的情況下，優(yōu)選地，實(shí)施防銹處理，諸如鍍金，以便保持熱傳送屬性。這里，在使用鋁用于第二金屬層7的情況中，熱傳導(dǎo)屬性良好，但焊料可濕性不好。因此，有必要在表面上實(shí)施電鍍處理來(lái)改善焊料可濕性。
接下來(lái)，將示意性描述制造電子器件1的方法。
本實(shí)施例的電子器件1是通過(guò)預(yù)先單獨(dú)生產(chǎn)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20、然后最終通過(guò)將它們接合起來(lái)而制造的。
生產(chǎn)發(fā)熱結(jié)構(gòu)10的方法如下。預(yù)先在子座3上形成由AuSn制成的第一焊料層4a。隨后，預(yù)先熔化第一焊料層4a。在該狀態(tài)，在第一焊料層4a上放置LED芯片2。冷卻并固化第一焊料層4a。由此在子座3上安裝LED芯片2，以完成發(fā)熱結(jié)構(gòu)10。
產(chǎn)生熱量釋放結(jié)構(gòu)20的方法如下。
首先，將石墨層5堆疊到第一金屬層6上。隨后，將第二金屬層7堆疊到石墨層5的與堆疊第一金屬層6的平面相對(duì)的平面上，以完成熱量釋放結(jié)構(gòu)20。
接下來(lái)，形成開(kāi)口40的絕緣層32和配線層31被順序堆疊到包括第二金屬層7的熱量釋放結(jié)構(gòu)20的第二金屬層7上。
接下來(lái)，在開(kāi)口40的第二金屬層7上形成由Sn作為主要材料制成的第二焊料層4b。由于第二金屬層7具有與焊料的良好的可濕性，在第二金屬層7上以良好狀態(tài)形成第二焊料層4b。
發(fā)熱結(jié)構(gòu)10被置于如上所述形成的第二焊料層4b上，使得子座3面對(duì)第二焊料層4b。隨后施加熱量，直到達(dá)到第二焊料層4b的熔化點(diǎn)。這里，由于第一焊料層4a的熔化點(diǎn)高于第二焊料層4b的熔化點(diǎn)，當(dāng)施加熱量是不會(huì)發(fā)生熔化。
順便提及，第二金屬層4b的熔化點(diǎn)不會(huì)限制為低于第一焊料層4a的熔化點(diǎn)，而是可以使用具有相同熔化點(diǎn)的任意層。即使采用了具有相同熔化點(diǎn)的焊料，第一焊料層4a也將不會(huì)由于熱量的相關(guān)施加而熔化。其原因如下。
在子座3上形成金構(gòu)圖(圖中未示出)。用于熔化第二焊料層4b的熱量被通過(guò)子座3傳送以熔化該金構(gòu)圖。當(dāng)金構(gòu)圖熔化時(shí)，其熔化進(jìn)第一焊料層4a。由此將增加第一焊料層4a的金含量。金含量的增加將提高第一焊料層4a的熔化點(diǎn)。由此，第一焊料層4a的熔化點(diǎn)將變得高于第二焊料層4b的熔化點(diǎn)，并且因此，當(dāng)施加熱量來(lái)熔化第二焊料層4b時(shí)，第一焊料層4a將不會(huì)熔化。
最后，子座3和配線層31同用于配線的線33相連接以完成電子器件1。
接下來(lái)，將描述本實(shí)施例的電子器件1中的LED芯片2所產(chǎn)生的熱量的傳送的示意路由。
LED芯片2的工作所產(chǎn)生的熱量首先傳導(dǎo)通過(guò)第一焊料層4a，然后傳送到子座3。
傳送到子座3的熱量傳導(dǎo)通過(guò)第二焊料層4b，被傳送到第二金屬層7，且隨后被傳送到石墨層5。這樣，通過(guò)經(jīng)過(guò)第二焊料層4b和第二金屬層7的傳導(dǎo)來(lái)完成從子座3到石墨層5的熱量傳送。在本實(shí)施例的情況中，在石墨層5上提供第二金屬層7。由此，可以創(chuàng)建使用第二焊料層4b和具有良好熱傳導(dǎo)率的發(fā)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20之間的接合。因此，這使得發(fā)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20之間的熱阻盡可能多地減小。因此，LED芯片2中產(chǎn)生的熱量可以被有效地傳送到石墨層5。
在堆疊方向從LED芯片2傳送到石墨層5的熱量在具有石墨層5的平面方向傳導(dǎo)。在具有石墨層5的平面方向中廣泛散射的熱量被傳送到第一金屬層6并且被有效地從第一金屬層6的表面散射到空氣中。這里，在將電子器件1安裝到另外的裝置中的情況中，使得相關(guān)裝置起熱量釋放組件的作用，以使熱輻射區(qū)域變寬。例如，考慮電子器件附著到包括金屬外圍的燈具主體的情況。在將第一金屬層6一側(cè)附著到燈具主體的情況中，熱量將從第一金屬層6傳送到燈具的主體，從燈具主體的表面輻射到空氣中。這里，類似地，還有將第一金屬層6附著到輻射翼片(fin)或附著到發(fā)熱管以提高熱輻射效率的情況。
使得石墨層5介于子座3和第一金屬層6之間，以提高平面方向的熱傳導(dǎo)屬性。由此，這將允許第一金屬層6的有效熱輻射區(qū)域變寬，并且因此使諸如LED等的發(fā)熱元件的有效冷卻成為可能。但是，因?yàn)樵诎l(fā)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20之間介入留下了顯著的熱阻，如上面的現(xiàn)有例子等所述的，不能利用石墨的屬性的優(yōu)點(diǎn)。
與之對(duì)照，本發(fā)明的專利申請(qǐng)中，具有同焊料的高可濕性的第二金屬層形成在石墨層5上。由此，通過(guò)第二焊料層4b實(shí)現(xiàn)了發(fā)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20之間的接合。之后，可以維持發(fā)熱結(jié)構(gòu)10和熱量釋放結(jié)構(gòu)20之間的低熱阻。此外，通過(guò)采用用于第二金屬層7的具有高熱傳導(dǎo)率的金屬膜，使熱阻保持較低。
這里，在圖4中圖示說(shuō)明本實(shí)施例的另一配置。
在圖3所示的配置中，LED芯片2和子座3與第一焊料層4a相接合。與之對(duì)照，在圖4所示的電子器件1b的配置中，LED芯片2和子座3通過(guò)凸起(bump)4d倒裝(flip-chip)接合。凸起4d可以是焊料凸起或金凸起。這里，圖3中所示的配置類似于圖4中所示的配置，除了第一焊料層4a被凸起4d所替換，并且對(duì)應(yīng)的部分由圖3中所使用的相同附圖標(biāo)記來(lái)指示。而且，在本配置中，來(lái)自LED芯片2的熱量被通過(guò)凸起4d傳送到子座3。此后，熱量沿著如上所述的路由傳播并且被很好地輻射。
此外，圖5中圖示說(shuō)明了本實(shí)施例的又一配置。
圖3中的每一電子器件1和圖4中的每一電子器件1b都具有LED芯片2。與之對(duì)照，圖5中所示的電子器件1c包括CPU 2a。也就是，本發(fā)明不僅適用于包括通過(guò)子座在配線層上安裝的LED芯片的電子器件，還適用于包括通過(guò)凸起在配線層上直接倒裝接合，而不需要子座的介入的CPU和IC等的電子器件。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，有可能充分利用石墨在平面方向上的高熱散射屬性的優(yōu)點(diǎn)。因此，在電子器件中可以實(shí)現(xiàn)所需要的冷卻屬性。
(第二實(shí)施例)在圖6中圖示說(shuō)明了示出本實(shí)施例的電子器件51的配置的示意截面。
通過(guò)在上平面上設(shè)置的P極52a和N極52b配置本實(shí)施例的電子器件51的LED芯片52，并且將其直接安裝到第二金屬層7上，而不用介入子座。由于其他基本配置與如上所述的第一實(shí)施例相同，將忽略詳細(xì)的描述。
在其中沒(méi)有提供P極52a和N極52b的LED芯片52的下平面上，形成電鍍層(例如鍍金層)，使得可以具有良好的焊料可濕性。LED芯片52使得平面面對(duì)第二金屬層7，并且通過(guò)焊料層4c的方式接合。P極52a通過(guò)第一配線線33a電氣連接到第一配線層31a。此外，N極52b通過(guò)第二配線線33b電氣連接到第二配線層31b。
通過(guò)適合于安裝的LED芯片2的配置來(lái)示例第一實(shí)施例，其中LED芯片2包括在上平面上的P極(或N極)以及在下平面上的N極(或P極)。在P和N極被布置在上下平面上的LED芯片2的情況中，有必要隔離熱量釋放結(jié)構(gòu)20上的第二金屬層7。因此，安裝在子座3上的LED芯片2被安裝到第二金屬層7上。因此，LED芯片2所產(chǎn)生的熱量將被經(jīng)由第一焊料層4a、子座3和第二焊料層4b傳送到第二金屬層7。
與之對(duì)照，在本實(shí)施例的情況中，如上所述，LED芯片52中的P極52a和N極52b形成在LED芯片52的上平面上，而不是形成在下平面上。因此，不需要子座的隔離。而且，在第一實(shí)施例中，可獲得足夠良好的熱輻射屬性。但是，在本實(shí)施例的情況中，LED芯片52被直接安裝到第二金屬層7上，使得可以忽略子座和第一焊料層4a。因此，在本實(shí)施例的情況中，從LED芯片52到石墨層5的熱阻可以降低。因此，有可能充分利用石墨在平面方向的高熱散射屬性，且同時(shí)，可以獲得更好的熱輻射。
此外，在第一實(shí)施例的情況中，需要用于制造包括與第一焊料層4a接合的LED芯片2和子座3的發(fā)熱結(jié)構(gòu)10的步驟。也就是，需要用于向子座3提供第一焊料層4a、使第一焊料層4a進(jìn)入熔化狀態(tài)、在將LED芯片52安裝到融化狀態(tài)的第一焊料層4a上之后通過(guò)冷卻和固化第一焊料層4a而將子座3和LED芯片52集成的步驟。
與之對(duì)照，本實(shí)施例的LED芯片52不需要子座和第一焊料層。因此，不需要產(chǎn)生發(fā)熱結(jié)構(gòu)。由此，可以簡(jiǎn)化制造步驟，還可以減少裝置中零件的數(shù)量。
此外，在包括子座的發(fā)熱結(jié)構(gòu)的情況中，有必要從子座提取配線線。因此，為了保護(hù)用于配線線的連接的區(qū)域，有必要使子座的面積大于LED芯片的面積。這使得裝置的尺寸更大。有必要使子座的面積大于LED芯片的面積，導(dǎo)致該部分的較大尺寸。
與之對(duì)照，本實(shí)施例的芯片52僅需要用于LED芯片的部分的安裝區(qū)域。因此，有可能使裝置更小。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，有可能充分利用石墨在平面方向的高熱散射屬性。因此，將可以在電子器件中獲得所需要的冷卻屬性。
這里，優(yōu)選地，通過(guò)在除了其中LED芯片接觸第二金屬層7的平面以外的發(fā)熱結(jié)構(gòu)的平面上隔離P極和N極，以用作配線提取部分來(lái)配置本實(shí)施例的配置。例如，除了在上平面上出現(xiàn)P和N極的情況之外，P和N極還可以形成在側(cè)平面上。
此外，通過(guò)使LED芯片與第二金屬層7通過(guò)焊料層4c的方式接合來(lái)示例本實(shí)施例，該LED芯片包括形成在下平面上的鍍金層。但是，在沒(méi)有形成鍍金構(gòu)圖的情況中，可以通過(guò)使用粘合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)接合。
(第三實(shí)施例)對(duì)于本實(shí)施例，電子器件包括石墨層和第二金屬層來(lái)實(shí)現(xiàn)高熱傳導(dǎo)率。將描述用于制造特別包括連接器的電子器件的方法。這里，在下面的描述中，將使用第一實(shí)施例中所示的電子器件1作為例子。
在建立另一裝置與電子器件1的電氣連接的想法的情況中，可以考慮使用電配線來(lái)將電子器件1的配線層31鏈接到其他裝置。在這樣的情況中，電配線將被焊接到配線層31。但是，如上所述，電子器件1是高熱傳導(dǎo)性的。因此，烙鐵的熱量將被電子器件1所吸收，并且在產(chǎn)生足夠合金層的過(guò)程中將出現(xiàn)故障，導(dǎo)致機(jī)械上不完整的焊接。也就是，在配線層31上執(zhí)行焊接的方法將變得相當(dāng)困難。
因此，如圖7所示，可以考慮使用第三焊料層4e來(lái)介入和插入插頭到其連接器34以建立到其他裝置的電氣連接從而將連接器34安裝到配線層31上的方法。但是，當(dāng)器件包括已經(jīng)安裝于其上的LED芯片2時(shí)，使得連接器34經(jīng)歷到電子器件1上的回流焊接的任何嘗試將不僅熔化了要熔化的第三焊料層4e，而且還熔化了第一焊料層4a。隨后，將發(fā)生已經(jīng)經(jīng)歷定位的LED芯片2的移位，使得將對(duì)配線的線33施加難以承受的力。
因此，在將連接器安裝到包括石墨層和第二金屬層的本發(fā)明的電子器件上的情況中，優(yōu)選地通過(guò)下面的方法來(lái)安裝連接器。
首先，在子座3上形成第一焊料層4a。此外，預(yù)先在配線層31上形成第三焊料層4e。由此，在預(yù)先形成第一焊料層4a和第三焊料層4e之后，在第一焊料層4a上放置LED芯片2，在第三焊料層4e上放置連接器34。隨后，同時(shí)加熱第一焊料層4a和第三焊料層4e。由此，使用第一焊料層4a將LEP芯片焊接到子座3上。同時(shí)，使用第三焊料層4e將連接器34焊接到配線層31。由此，同時(shí)焊接LED芯片2和連接器34可以防止預(yù)先放置的LED芯片2由于到連接器34的焊接而發(fā)生移位。
此外，可以采用下面的方法。
首先，預(yù)先使用第三焊料層4e介入而將連接器34焊接到配線層31。接下來(lái)，在第一焊料層4a上放置LED芯片2。在該狀態(tài)，從第一金屬層6的后平面(沒(méi)有形成石墨層5的平面)一側(cè)施加熱量。然后，熱量經(jīng)由石墨層5、第二金屬層7、第二焊料層4b和子座3傳送到第一焊料層4a，以熔化第一焊料層4a，從而使得LED芯片2和子座3接合。用來(lái)加熱第一金屬層6的來(lái)自后平面?zhèn)鹊臒崃恳矊⒈蛔匀坏貍魉偷降谌噶蠈?e。但是，在第一金屬層6和第三焊料層4e之間出現(xiàn)了其功能為提供顯著熱阻的絕緣層32。因此，第三焊料層4e開(kāi)始熔化所需的時(shí)間將變得比第一焊料層4a開(kāi)始熔化所需的時(shí)間更長(zhǎng)，在兩個(gè)時(shí)間之間將出現(xiàn)時(shí)間差。也就是，當(dāng)使用該時(shí)間差時(shí)，第一金屬層6的后平面被加熱以熔化第一焊料層4a，在第三焊料層4e開(kāi)始熔化之前停止加熱。由此，不會(huì)熔化使連接器接合的第三焊料層4e，就可以安裝LED芯片2。
此外，上述實(shí)施例中每一個(gè)中的金屬層可以是薄板或電鍍層。特別地，在電鍍層的情況中，可以預(yù)先形成鎳層，使得在其上形成鍍金層。
盡管使用特定術(shù)語(yǔ)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這樣的描述只是說(shuō)明性目的的，應(yīng)該理解，可以做出改變和變化，而不偏離所附權(quán)利要求的精神或范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子器件，包括發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)熱元件、用于在其上安裝所述發(fā)熱元件的底座以及包含用于使所述發(fā)熱元件和底座接合的金屬的第一連接組件；以及熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括所述第一金屬層和在所述第一金屬層上堆疊的石墨層，其中在所述石墨層的與其中堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上，存在第二金屬層；并且所述第二金屬層和底座通過(guò)第二連接組件而接合，使得所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)和所述熱量釋放結(jié)構(gòu)由此接合，并且所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)被安裝在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)的所述石墨層一側(cè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，所述第二金屬層包含銅或鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，與面對(duì)所述石墨層的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上的表面經(jīng)歷防銹處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，所述發(fā)熱元件是LED。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，所述發(fā)熱元件是CPU或IC。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，所述第一連接組件和所述第二連接組件是焊料層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，所述第一連接組件是焊料突起或金突起。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，所述第一連接組件的熔點(diǎn)高于所述第二連接組件的熔點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，該底座是由AIN或SiC作為主要材料而制成的。
10.一種電子器件，包括發(fā)熱元件；和熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和堆疊在所述第一金屬層上的石墨層，其中在所述石墨層的與其中堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上，存在第二金屬層；并且所述第二金屬層上形成的配線層和所述發(fā)熱元件通過(guò)焊料突起或金突起的方式而接合，并且所述發(fā)熱元件被安裝在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)的所述石墨層一側(cè)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子器件，其中，所述發(fā)熱元件是CPU或IC。
12.一種電子器件，包括發(fā)熱電子元件，其具有配線提取部分；和熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和在所述第一金屬層上堆疊的石墨層，其中在所述石墨層的與其中堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上，存在第二金屬層；所述發(fā)熱電子元件具有第一平面和第二平面，在第一平面提供所述配線提取部分，在第二平面不提供所述配線提取部分；所述第二金屬層和所述發(fā)熱電子元件的所述第二平面接合，并且所述發(fā)熱電子元件被安裝在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)的所述石墨層一側(cè)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子器件，其中，所述發(fā)熱電子元件是半導(dǎo)體器件，且所述配線提取部分是使用于配線的線在其中電氣連接的P極和N極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是LED。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子器件，其中，所述第二金屬層和所述第二平面通過(guò)焊料層的方式接合。
16.一種用于制造電子器件的方法，所述電子器件包括發(fā)熱結(jié)構(gòu)，包括發(fā)熱元件、用于在其上安裝所述發(fā)熱元件的底座以及包含用于使所述發(fā)熱元件和底座接合的金屬的第一連接組件；以及熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和在所述第一金屬層上堆疊的石墨層，其中，所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)和連接器被安裝在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)的所述石墨層一側(cè)，所述方法包括在所述石墨層的與堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上形成第二金屬層，并且使得所述第二金屬層和底座與包含金屬的第二連接組件接合；以及在使所述第二金屬層和所述第二連接組件于其上接合的底座上，使所述發(fā)熱元件通過(guò)所述第一連接組件接合，同時(shí)使所述連接器通過(guò)包含金屬的第三連接組件接合在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)上。
17.一種用于制造電子器件的方法，所述電子器件包括發(fā)熱結(jié)構(gòu)，包括發(fā)熱元件、用于在其上安裝所述發(fā)熱元件的底座以及包含用于使所述發(fā)熱元件和底座接合的金屬的第一連接組件；以及熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和在所述第一金屬層上堆疊的石墨層，其中，所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)和連接器被安裝在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)的所述石墨層一側(cè)，所述方法包括在所述石墨層的與堆疊所述第一金屬層的平面相對(duì)的平面上形成第二金屬層，并且使得所述第二金屬層和底座與包含金屬的第二連接組件接合；在所述熱量釋放結(jié)構(gòu)上形成絕緣層；在所述絕緣層上形成配線層；通過(guò)包含金屬的所述第三連接組件使所述連接器接合到所述配線層上；在通過(guò)所述第三連接組件將所述連接器接合到所述絕緣層上之后，施加來(lái)自所述第一金屬層一側(cè)的熱量，從而熔化所述第一連接組件，使得所述發(fā)熱元件接合到底座上；以及在所述第三連接組件由于從所述第一金屬層一側(cè)施加的熱量而熔化之前，停止從所述第一金屬層一側(cè)施加熱量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種電子器件和制造該電子器件的方法。電子器件包括發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其包括用于在其上安裝LED芯片的子座、用于使LED芯片和子座接合的第一焊料層；以及熱量釋放結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬層和在第一金屬層上堆疊的石墨層，其中，在熱量釋放結(jié)構(gòu)的石墨層側(cè)安裝發(fā)熱結(jié)構(gòu)。電子器件包括第二金屬層，其存在于石墨層的與堆疊第一金屬層的平面相對(duì)的平面上；并且，第二金屬層和子座通過(guò)第二焊料層而接合，使得發(fā)熱結(jié)構(gòu)和熱量釋放結(jié)構(gòu)由此接合。
文檔編號(hào)H05K7/20GK101083236SQ20071010820
公開(kāi)日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
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