在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁的方法及该基板与流程

本发明涉及一种陶瓷基板及制法，特别是关于一种在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁的方法及该基板。

背景技术：

随着科技不断地快速演进，目前手机闪光灯、辨识系统、汽车头灯、集渔灯、工程照明或景观照明等光学产品皆以高效能与微型化为发展的方向，其中最常应用于光学产品的技术为led(发光二极管)与vcsel(垂直共振腔面射型雷射)，但目前因受限于制程技术限制，组件尺寸的小型化已达瓶颈，且挡墙与陶瓷基板之间的附着力极差，导致产品良率大幅下降。

一般光学组件的封装结构包含基板以及链接基板的环绕壁，而晶粒则是设置于基板和环绕壁形成的容置空间，最后再以胶体、塑料片或玻璃片等完成封装，其中环绕壁对于光学产品的发光效能及色温均匀性有极大的影响。现今最普遍的制程是以焊接、电镀或铝板贴合的方式连接金属环绕壁于基板，但因金属环绕壁具有导电特性，使得线路的规划受到了限制，再加上制程技术的关系，使用金属环绕壁的基板至多仅能缩小至35mm见方的尺寸，难以达成小型化的目标；另方面，若使用高精度的光阻膜曝光显影技术形成环绕壁于基板上，则因过程繁杂且作业费时，使生产的成本大幅提升。此外，上述方式皆具有制程温度高的问题，进而产生膨胀系数相异的材质受热应力变形的现象，使制程的良率大幅下降。

尤其，在led晶粒以及光传感器晶粒等光学结构大幅微型化的潮流趋势下，如果不能将搭配使用的电路保护组件对应缩小化，仍然要占用以往相同大小的电路面积安装这类电路保护组件，则光学结构微型化的效益将被大幅侵蚀。

因此，如何提出一种在陶瓷基板以及在陶瓷基板成形环绕壁的方法，一方面使制程温度能够降低，另方面提升整体制造良率，确保在高温的安装或操作环境中使用的稳定性，甚至进一步将电路的保护组件隐藏，藉以让容置空间微型化成为可能，就是现今亟需努力的议题。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁的方法，能够大幅降低制程温度，降低结构受热变形，藉此提升陶瓷基板的制造良率；此外，还希望提供一种具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板，能额外确保金属电路层的金属接垫/导线间以及金属接点之间彼此绝缘，能改善突波防御问题。

根据实施例，本发明提供的一种具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板，该基板包括：一陶瓷基板本体，包含一上表面和相反于该上表面的一下表面；一个布局在至少该上表面的金属电路层，供设置至少一电子组件，其中该金属电路层包括至少复数彼此独立的金属接垫/导线，且前述彼此独立的接垫/导线间存有间隔；至少一环绕至少部分该金属电路层的绝缘环绕壁，上述绝缘环绕壁是以一胶性基材制成，上述绝缘环绕壁从该上表面朝该金属电路层方向延伸且高度高于上述金属电路层，使上述绝缘环绕壁与该陶瓷基板本体共同形成一个部分环绕上述电子组件的容置空间；以及上述胶性基材至少部分填入上述间隔，使得夹制形成上述间隔的上述接垫/导线间彼此绝缘。

根据实施例，本发明提供的一种在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁的方法，则是使至少一绝缘环绕壁成形于一陶瓷基板，该陶瓷基板具有一陶瓷基板本体及一金属电路层，该陶瓷基板本体包含一上表面和相反于该上表面的一下表面，该金属电路层布局在至少该上表面，供设置至少一电子组件，其中该金属电路层包括至少复数彼此独立的金属接垫/导线，且前述彼此独立的接垫/导线间存有间隔，该方法包括下列步骤：

a)将该陶瓷基板本体设置于一上模具，以及将一离型膜设置于一下模具，其中该金属电路层朝该下模具方向设置；

b)将液态状的一胶性基材注入于该离型膜接近该上模具的一侧；

c)该上模具与该下模具互相贴近，对该陶瓷基板本体及该胶性基材加热压合，使上述胶性基材至少部分填入上述间隔，使得夹制形成上述间隔的上述接垫/导线间彼此绝缘，以及该胶性基材固化后形成至少一环绕至少部分该金属电路层的绝缘环绕壁；以及

d)该上模具与该下模具互相远离，使该陶瓷基板本体脱离该离型膜，其中上述绝缘环绕壁从该上表面朝该金属电路层方向延伸且高度高于上述金属电路层，使上述绝缘环绕壁与该陶瓷基板本体共同形成一个部分环绕上述电子组件的容置空间。

相较于现有技术，本发明提供的一种在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁的方法及该基板，是以胶性基材做为绝缘环绕壁，并透过低温加热压合的方式成形绝缘环绕壁于陶瓷基板上，大幅降低制程温度，减少结构受热变形，同时有部分胶性基材会被填入金属电路层彼此独立的接垫/导线的间隔，确保金属接垫/导线彼此绝缘；可进一步将保护组件至少部分设置于环绕壁处，藉此使得整体电路组件顺利微型化。并且当环绕壁中额外设置导电埠时，还可以配合导通其他组件装置，进一步提供更佳的电路布局使用弹性。

当更进一步在制造过程中，增加一个在步骤a)前或步骤d)后，在上述陶瓷基板本体形成上述绝缘环绕壁范围内、且未布局上述金属电路层处形成至少一个排气孔的穿孔步骤后，还可以藉由在陶瓷基板本体中每个预定的绝缘环绕壁范围内、且未布局预定的金属电路层处设置贯穿陶瓷基板本体的排气孔，使得上述电路组件在表面安装或使用过程中，可以将温差所导致的气体膨胀泄压，确保封装的结构不会爆裂而受损，提升产品良率及操作稳定性，并且可进一步将保护组件至少部分设置于环绕壁处，藉此使得整体电路组件顺利微型化。

附图说明

图1为本发明在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁方法的第一较佳实施例的流程图。

图2为图1实施例合模步骤的示意图。

图3为图1实施例脱模步骤的示意图。

图4为图1实施例所制造形成有绝缘环绕壁的陶瓷基板的局部放大图。

图5为图4中切割前的陶瓷基板。

图6为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第一较佳实施例的立体结构图。

图7为图6实施例作为发光二极管的立体结构图。

图8为图7中发光二极管的剖面图。

图9为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第二较佳实施例的剖面图。

图10为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第二较佳实施例包含电路保护组件的局部放大示意图。

图11为本发明在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁方法的第二较佳实施例的流程图。

图12为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第三较佳实施例的剖面图。

图13为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第四较佳实施例发光二极管的的俯视图。

图14为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第四较佳实施例的发光二极管的剖面图。

图15为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第四较佳实施例的墙状的金属导接埠的剖面图。

图16为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第五较佳实施例的墙状的金属导接埠的俯视图。

图17为本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板第五较佳实施例的剖面图。

其中：

10、10”’、10””为陶瓷基板；11、11’、11”、51”’为陶瓷基板本体；

12、12’、12”、52”’为金属电路层；13’、13”为排气孔；

14为间隔；15、15’、15”、15”’、74””为绝缘环绕壁；

16、16’为容置空间；

21为上模具；22为下模具；

23、23’为离型膜；24、24”为胶性基材；

30、40”’为发光二极管；31～35’、31”～36”为步骤；

37为发光二极管晶粒；38、42”’、73””为导线；

39为安装镜片；41”’为晶粒；

43”’为透镜；55’、55”、55”’、75””为贯穿孔；

56’为电路保护组件；71””为电子组件；

111为上表面；112为下表面；

121、521”’、721””为金属接垫；122、122”、522”’、722””为金属接点；

123、523”’、723””为金属导线；141为分割槽；

221为凹槽；222为突起部；

520”’、720””为金属导接埠。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。

第一较佳实施例

本发明在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁的方法的第一较佳实施例如图1所示，请一并参照图2至4，于步骤31将陶瓷基板本体11以例如负压吸取而结合至上模具21下方，使要成形环绕壁的一面朝向下模具22，并将离型膜23设置于下模具22上；接着如步骤32所示，将胶性基材24注入于离型膜23接近上模具21的一侧。本实施例中胶性基材24为液态状且具热固性的硅胶，当然，本发明技术领域具有通常知识者也可以任意选择例如环氧树脂、或其他树脂等具有冷却固化或紫外光照射固化特性的胶性基材，或使用加入荧光粉、吸光材质、反光材质等功能性原料而成的复合性胶性基材，均无碍于本发明实施。

接下来如步骤33所述，上模具21与下模具22互相贴近，对陶瓷基板本体11及胶性基材24以低于300度的温度加热压合，此时，胶性基材24主要被挤压填满下模具22的模穴，并且在加压过程中逐渐结合至陶瓷基板本体11，尤其在合模后，由于压力与温度的影响，胶性基材24不仅填满模穴，胶性基材还至少部分被挤压进入金属接垫121之间数十至数百微米(μm)的间隔14中，使得夹制形成上述间隔14的金属接垫121之间以及金属导线123之间彼此绝缘。此外，在合模后同时填入下模具22的凹槽221中的胶性基材24，会在陶瓷基板本体11上逐渐固化，形成环绕部分金属电路层12的绝缘环绕壁15。

随后在步骤34脱模时，上模具21与下模具22逐渐互相远离，由于离型膜23的作用，成形的绝缘环绕壁15完全不会沾黏在下模具22上，而稳固地结合在陶瓷基板本体11处，从上表面111朝金属电路层12方向延伸且高度高于金属电路层12，使绝缘环绕壁15与陶瓷基板本体11共同形成供设置电子组件的容置空间16。此处容置空间16的大小以及绝缘环绕壁15的高度和尺寸，都是由下模具22的凹槽221的间距和形状所决定。凹槽221内亦可形成有突起部222，使绝缘环绕壁15形成有对应突起部222的分割槽141，让陶瓷基板10可易于被分割为较小单位；当然，亦可根据切割仪器的条件决定凹槽221内是否形成有突起部222，或相异形状的突起部222。

藉由上述步骤，可以顺利将绝缘环绕壁成形于陶瓷基板10，本实施例中的陶瓷基板10主要包括陶瓷基板本体11、已经布设于陶瓷基板本体11上的金属电路层12，陶瓷基板本体11包含上表面111和相反于上表面111的下表面112，金属电路层12则包括布局在上表面111的金属接垫121、线路(图中未标示)、贯穿陶瓷基板本体11的金属导线123、以及布局在下表面112处的金属接点122，由于金属导线123导接金属接垫121与金属接点122，使得将来要安装于金属接垫121上的例如led晶粒的电子组件，可以经由金属接点122而获得致能电流或电讯号。

图5为图4中切割前的陶瓷基板10，图5中的虚线为陶瓷基板10的切割路径，陶瓷基板10可被切割为25个较小的单体，每一个单体的绝缘环绕壁15和其包围形成的容置空间16将可作为设置led晶粒的空间；当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，若陶瓷基板要用来制造多晶胞的vcsel等数组形式的电路组件，也可以不进行分割而直接使用。本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板的第二较佳实施例如图6所示，本实施例中，分割成为单体的陶瓷基板10包括陶瓷基板本体11、金属电路层12、绝缘环绕壁15，其中金属电路层12包括布局在上表面111的金属接垫121、在下表面112的金属接点(图中未标示)及电性导通两者的金属导线(图中未标示)。

图7和图8是利用图6的陶瓷基板10，在金属接垫121上焊接设置一个发光二极管晶粒37，从发光二极管晶粒37的上表面电击打线而使导线38导接至另一金属接垫121，随后在容置空间中填入透光胶进行封装，最后在透光胶的上方安装镜片39，最后构成一个完整的发光二极管30，其中图8为图7中的发光二极管30沿虚线a切割的剖面图。发光二极晶粒37是以安装或点焊的方式设置于上表面111的金属接垫121，再由导线38电性导通连接至上表面111的另一金属接垫121，藉此，发光二极管晶粒37可透过下表面112的两个金属接点122与外部电源导通并且发光。在上表面111的两个金属接垫121之间的间隔14具有固化的胶性基材，因此可以避免两个金属接垫121因为高温变形或焊接时发生短路，造成电子零件损坏。

在制程中填入封装胶至容置空间16时绝缘环绕壁15除了可避免封装胶溢出，也可藉由加入不同特性的材料于胶性基材中或使用不同材质的胶性基材，让成形的绝缘环绕壁15能有不同的功效。例如使用透光性高的胶性基材时，可增加发光二极管发光角度；加入高反射的材料时，可使光线集中照射，避免光线干扰邻近发光组件；若加入荧光粉则可以配色、改善色温均匀性或调整显色性。当然，即使在一个容置空间中，成型有例如三对或更多对金属接垫，让一个环绕壁中设置至少红绿蓝三色晶粒各一，即可制成一个演色性佳的白光led。

当然，本发明技术领域具有通常知识者也可以将本实施例中具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板应用于3d感测、手势辨识或人脸辨识等vcsel领域，透过将vcsel用红外线晶粒设置于其中一个金属接垫，另一金属接垫选择性设置感测用晶粒，再于设置扩散片于环绕壁，完成环绕壁和陶瓷基板附着力极佳的vcsel装置。

第二较佳实施例

本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板之第二较佳实施例，如图1和图9所示，其中与前例相同部分于此例不再赘述，仅就差异部分提出说明。在本实施例中是在上模具与该下模具互相远离，使该陶瓷基板11’脱离该离型膜23’后执行步骤35’，在每一绝缘环绕壁15’范围内未布局金属电路层12’处，以例如激光束钻孔，形成至少一个排气孔13’，藉此保持容置空间16’对外的通气性，甚至在上述电子组件操作发热时，可以藉由容置空间中的空气被加热排出而达到额外的散热功效，并且在整体被表面安装加热或操作过程发热时，将容置空间中的空气受热膨胀及时提供泄压的途径。

由于本发明进一步揭露藉由在陶瓷基板本体中每个预定的绝缘环绕壁范围内、且未布局预定的金属电路层处，分别设置贯穿陶瓷基板本体的排气孔，使得上述电路组件在表面安装或使用过程中，可以将温差所导致的气体膨胀泄压，确保封装的结构不会爆裂而受损，提升产品良率及操作稳定性。如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，虽然上述实施例是在成形绝缘环绕壁，基板由模具中取出以后才进行穿孔的步骤，但此种顺序并非本发明的局限，本技术领域内具有通常知识的技术人士应可以理解，此处钻孔步骤也可以提前到步骤31之前而不妨碍本发明之实施。

本发明之在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁的方法及该基板，透过压模的方式在陶瓷基板上成形绝缘环绕壁，可大幅降低制程温度，防止陶瓷基板因高温产生热应力及膨胀收缩而导致产品良率下降；此外，亦可提高绝缘环绕壁成形于陶瓷基板的位置精准度，避免电焊过程产生的误差或错位，也可以同时简化作业流程。另一方面，液态状的胶性基材也会填入金属电路层中金属接垫或导线中的间隙，在胶性基材固化后可以确保原本应彼此独立的金属接垫或导线相互绝缘。本发明的上述方法更可适用于成形各式形状的绝缘环绕壁于陶瓷基板，符合各种市场需求。

如图10与图11所示，在本实施例中，更在步骤35”和步骤31”之间，额外在陶瓷基板本体11’的金属电路层12’上，以步骤36”设置有至少一个电路保护组件56’。本实施例中的电路保护组件56’是焊接结合于陶瓷基板本体11’上的齐纳二极管，尤其金属电路层12’在陶瓷基板本体11’预定形成绝缘环绕壁15’的范围中，形成有上述电路保护组件56’的接垫，因此胶性基材不仅会由贯穿孔55’处进入陶瓷基板本体，还会至少部分遮蔽齐纳二极管，且可以选择与金属电路层12’电性绝缘或藉由在金属电路层12’中形成穿经上述绝缘环绕壁15’的线路而导通，藉此将电路保护组件56’至少部分包埋于上述绝缘环绕壁15’中，在遭遇突波大电流时保护金属电路层12’的电路以及预定安装的电子组件，更使得电路保护组件56’至少部分不需要占用绝缘环绕壁内的容置空间，使得整体组件的微型化成为可能。

第三较佳实施例

请参阅本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板之第三较佳实施例，如图11和图12所示，其中与前例相同部分于此例不再赘述，仅就差异部分提出说明。在本实施例中是在步骤31”之前先执行步骤35”，预先在陶瓷基板本体11”中预定的每个绝缘环绕壁范围内、未布局预定的金属电路层12”处，例如以蚀刻工艺形成至少一个直径约60至150μm的排气孔13”，以及在每个预定的绝缘环绕壁设置的位置预定切割路径上形成至少一贯穿孔55”；胶性基材24”在加热压合时会被挤压进入贯穿孔55”中，使得形成的绝缘环绕壁15”垂直于陶瓷基板本体11”且一体成形的插入贯穿孔55”中以增强绝缘环绕壁15”和陶瓷基板本体11”之间的结合更牢固，并且胶性基材24”还会被挤压穿过贯穿孔55”而注入金属接点122”之间，使得金属接点122”之间彼此绝缘。

第四较佳实施例

本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板之第四较佳实施例请再参阅图13、图14和图15和所示，环绕壁的结构不限定于前述实施例中的矩形结构，也可以使用不同的结构成形绝缘环绕壁于陶瓷基板。图14为图13中的陶瓷基板10”’设置一个发光二极管用晶粒41”’、导线42”’以及透镜43”’所构成的发光二极管40”’，其中图14为图13中的陶瓷基板10”’制作成发光二极管40”’后沿虚线b切割的剖面图。本实施例中绝缘环绕壁15”’形成在陶瓷基板10”’上为圆形环状的结构，使绝缘环绕壁15”’上方能够设置圆形的透镜43”’，意味着依照本发明所揭露的技术，在制造上具有极大弹性，完全可以因应不同市场需求，制造不同形状产品。

请参阅图15,本实施例中的陶瓷基板10”’更包含有两个墙状的金属导接埠520”’。金属导接埠520”’是在绝缘环绕壁15”’成形前，以模压的方式形成于陶瓷基板本体51”’上。陶瓷基板本体51”’在预定形成绝缘环绕壁15”’的范围中形成有至少一个贯穿孔55”’，金属导接埠520”’导电贯穿形成于贯穿孔55”’处，金属导接端口520”’与金属电路层52”’形成有一间隔，且可以选择与金属电路层52”’电性绝缘或导通，藉此增加电路布局的弹性。金属导接埠520”’可一次形成所需要的高度，或者先形成部分高度，再以电镀的方式加厚至所需要的高度。举例来说，电子组件除了可以安装在金属接垫521”’之外，也可以安装于金属导接埠520”’上，透过金属导线523”’与金属接点522”’电性导通。

本发明具环绕壁的布局有电路的陶瓷基板之第五较佳实施例请再参阅图16和图17所示，金属导接埠720””为柱状；当然，金属导接埠720””也可设置于绝缘环绕壁74””中的任何位置，例如绝缘环绕壁74””的四个角、四个边上的任一位置，且可以暴露部分于绝缘环绕壁74””上方或侧边，作为连接导线或电子组件的接点。金属导接埠720””的形成方式是在预定形成绝缘环绕壁74””的范围中形成有至少一个贯穿孔75””，且在形成绝缘环绕壁74””时，绝缘环绕壁74””保留有至少一个对应贯穿孔75””的插塞孔，并且在绝缘环绕壁74””形成后，以金属导电材料填满插塞孔。电子组件71””可安装于金属接垫721””上，透过金属导线723””与下方金属接点722””电性导通连接，同时以导线73””连接至绝缘环绕壁74””中的金属导接端口720””，使电路布局的弹性能够大幅提高。

本发明之在布局有电路的陶瓷基板上成形环绕壁的方法及该基板，透过压模的方式使液态状的胶性基材在陶瓷基板上成形为固化的绝缘环绕壁，一方面大幅降低既有制程中的高温环境，防止陶瓷基板因高温产生热应力及膨胀收缩而导致产品良率下降；此外，亦可提高绝缘环绕壁成形于陶瓷基板的位置精准度，避免电焊过程产生的误差或错位，也可以同时简化作业流程。另一方面，液态状的胶性基材也会填入金属电路层中金属接垫或导线中的间隙以及金属接点之间的间隙，在胶性基材固化后可以确保原本应彼此独立的金属接垫或导线相互绝缘。此外，本发明提出的方法在绝缘环绕壁范围内、且未布局金属电路层处形成至少一个排气孔，可对于上述电子组件提供额外的散热功效，并且在上述电子组件发热而产生热气膨胀或分解发出气体时提供泄压的额外功效。本发明还在陶瓷基板本体上绝缘环绕壁的范围中形成电路保护组件，藉此在遭遇突波大电流时保护金属电路层的电路以及预定安装的电子组件。本发明更在陶瓷基板本体上绝缘环绕壁的范围中形成金属导接端口，藉此使电路布局的弹性能够大幅提高。